CN113811803A - 具有高折射率材料的波导及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
公开了包括具有大于或等于1.8的折射率的材料的波导和对波导进行图案化的方法。包括具有大于或等于1.8的材料的折射率的图案化波导可以包含在显示设备中，诸如，可穿戴显示设备以向观看者投射虚拟图像。
Description
技术领域
本公开涉及光学系统，包括增强现实成像和可视化系统。
背景技术
现代计算和显示技术已经有助于用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，其中，数字再现的图像或其部分以其看起来真实或可以被感知为真实的方式呈现给用户。虚拟现实或者“VR”场景典型地涉及数字或者虚拟图像信息的呈现，而对于其他实际现实世界视觉输入不透明；增强现实或者“AR”场景典型地涉及将数字或者虚拟图像信息呈现为对用户周围的实际世界的可视化的增强。混合现实或“MR”场景是一种AR场景，一般涉及被集成到自然世界中并对该自然世界做出响应的虚拟对象。例如，MR场景可以包括看起来由现实世界中的对象阻挡或以其他方式被感知为与现实世界中的对象相互作用的AR图像内容。
参考图1，描绘了增强现实场景10。AR技术的用户看到以背景中的人、树、建筑为特征的现实世界公园状的设置20，以及混凝土平台30。用户还感知到他/她“看到”“虚拟内容”，诸如站在现实世界平台30上的机器人雕像40，以及飞行的卡通式的化身角色50，该化身角色看起来是大黄蜂的化身。这些元素50、40是“虚拟的”，因为其在现实世界中不存在。由于人类视觉感知系统是复杂的，因此产生利于在其他虚拟或现实世界影像元素中舒适、感觉自然、丰富呈现虚拟图像元素的AR技术是具挑战性的。
本文所公开的系统和方法解决了与AR和VR技术有关的各种挑战。
发明内容
头戴式显示系统可以被配置为将光投射到用户的眼睛以将增强现实图像内容显示在用户的视场中。头戴式显示系统可以包括被配置为支撑在用户的头部上的框架。头戴式显示系统还可以包括设置在框架上的目镜。目镜的至少一部分可以是透明的和/或在用户穿戴头戴式显示器时被设置在用户的眼前的一位置处，使得透明部分将来自用户前方的环境的光透射到用户的眼睛以提供用户前方的环境的视图。目镜可包括被设置为将光引导到用户的眼睛中以形成增强现实图像内容的一个或多个波导。
头戴式显示系统的各种实施例包括具有至少一个光瞳或子光瞳的投影仪，该投影仪在至少一个光瞳或子光瞳内输出具有多个颜色或波长范围(例如，两个或三个颜色或波长范围)的光(例如，图像光)。多个波长范围中的不同颜色或波长可以包括一个或多个颜色或波长。在一些实施例中，头戴式显示系统包括波导组件，该波导组件包括多个波导，该多个波导彼此堆叠并且被配置为接收从投影仪的至少一个光瞳输出的具有多个颜色或波长范围的光。多个波导中的不同波导可包括耦入光学元件，该耦入光学元件被配置为耦入来自从投影仪的光瞳输出的光中的具有多个颜色或多个波长范围中的一者的光。与包括玻璃和/或具有小于约1.8的折射率的材料的波导相比，包括具有相对高折射率(例如，大于玻璃的折射率和/或大于或等于约1.8的折射率)的材料的一个或多个波导可以有利地扩大视场。此外，在显示设备的各种实施例中，不同颜色或波长的光(例如，红色、绿色和/或蓝色波长的光)可以被耦入到单个波导中，该波导包括具有相对高折射率(例如，大于玻璃的折射率和/或大于或等于约1.8的折射率)的材料。在一个或多个实施例中，两种或两种以上颜色(例如，两种或三种颜色)可以被耦入到单个波导中并在该波导内传播，该波导包括具有相对高折射率的材料并且保持高视场(例如，大于或等于约1.8的折射率)。因此，本申请中预期的显示设备的各种实施例包括一个或多个波导，其包括具有比玻璃的折射率更大的折射率的材料。例如，本申请中预期的显示设备的各种实施例中的一个或多个波导可包括铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、金刚石、碳化硅(SiC)、和具有大于或等于约1.8的折射率和小于0.001的吸收系数的其他类型材料。在各种实施例中，本申请中预期的显示设备的各种实施例中的一个或多个波导可包括对可见光透明并且具有比玻璃的折射率更大的折射率的材料。本申请还描述了在波导的一个或多个表面上制造光栅的系统和方法，该波导包括对可见光透明并且具有比玻璃的折射率更大的折射率的材料，诸如，例如铌酸锂(LiNbO3)、碳化硅(SiC)、金刚石和其他类似材料。包括具有硬度系数(例如，约9-10莫氏)的诸如金刚石和SiC的材料的波导可以具有抗划伤和/或更难断裂的附加优点。在一些实施方式中，其中形成的波导和光栅包括x切割铌酸锂。
本文所公开的系统、方法和设备各自具有多个创新方面，其中没有单独一个仅负责本文所公开的期望的属性。下文提供了各种示例系统和方法。
部分I
示例1：一种制造衍射光学元件的方法，该方法包括：
提供包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料的衬底；
在所述衬底的表面上方设置可图案化层；
在所述可图案化层上形成图案，所述图案包括具有不同高度的多个表面起伏特征；以及
通过所述可图案化层蚀刻所述衬底的表面以在所述衬底的表面上制造结构，其中，所述结构包括被配置为衍射可见光的衍射特征。
示例2：根据示例1所述的方法，其中，所述透明材料包括以下各项中的至少一项：LiNbO3、LiTaO3、或BaTiO3。
示例3：根据示例2所述的方法，其中，所述透明材料包括X切割LiNbO3晶圆。
示例4∶根据上述示例中的任一项所述的方法，还包括：在所述衬底上方设置所述衬底与所述可图案化层之间的层。
示例5：根据示例4所述的方法，其中，所述衬底与所述可图案化层之间的层包括介电层。
示例6：根据示例4所述的方法，其中，所述衬底与所述可图案化层之间的层包括导电层。
示例7：根据示例4、5或6所述的方法，其中，所述衬底与所述可图案化层之间的层包括透明氧化物。
示例8：根据示例4或6所述的方法，其中，所述衬底与所述可图案化层之间的层包括导电氧化物。
示例9：根据示例4所述的方法，其中，所述衬底与所述可图案化层之间的层包括以下各项中的至少一项：SiC、TiO2、ZrO2、Si3N4、或SiO2。
示例10：根据示例4至9中的任一项所述的方法，其中，所述衬底与所述可图案化层之间的层包括具有1.45与3.5之间的折射率的材料。
示例11：根据示例4至9中的任一项所述的方法，其中，所述衬底与所述可图案化层之间的层包括具有大于或等于2.0的折射率的材料。
示例12：根据示例4、6、8、10、或11中的任一项所述的方法，其中，所述衬底与所述可图案化层之间的层包括被配置为耗散静电荷的材料。
示例13：根据上述示例中的任一项所述的方法，还包括：在设置所述可图案化层之前，在所述衬底上方设置粘合促进剂层。
示例14：根据示例13所述的方法，其中，所述粘合促进剂层具有小于或等于10nm的厚度。
示例15：根据示例13或14所述的方法，其中，所述粘合促进剂层被配置为与可图案化层共价结合。
示例16：根据示例13或14所述的方法，其中，所述粘合促进剂层被配置为与所述衬底交联。
示例17：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述可图案化层具有小于2.0的折射率。
示例18：根据上述示例中的任一项所述的方法，还包括：在设置所述可图案化层之前，将所述衬底的表面暴露于电离器。
示例19：根据示例18所述的方法，其中，所述电离器包括双极清洁空气电离器。
示例20：根据示例18所述的方法，其中，所述电离器包括正离子或负离子。
示例21：根据上述示例中的任一项所述的方法，还包括：使带电表面接近或接触所述衬底的表面，从而耗散表面电荷。
示例22：根据上述示例中的任一项所述的方法，还包括：将所述衬底安装在电接地的支架上，从而耗散表面电荷。
示例23：根据上述示例中的任一项所述的方法，还包括：将金属层沉积在所述衬底上方，从而耗散表面电荷。
示例24：根据示例23所述的方法，其中，所述金属层包括铱、铬或镍。
示例25：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，沉积所述可图案化层包括将所述可图案化层喷射沉积在所述表面上方。
示例26：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，可图案化层被跨所述表面不均匀地沉积，与可图案化层更薄的表面区域相比，可图案化层更厚的表面区域产生更高的表面起伏特征。
示例27：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，蚀刻衬底的表面包括：
将所述可图案化层暴露于被配置为蚀刻所述可图案化层的第一蚀刻剂。
示例28：根据示例27所述的方法，还包括：将所述衬底的表面暴露于第二蚀刻剂，所述第二蚀刻剂被配置为蚀刻所述衬底。
示例29：根据示例27所述的方法，还包括：将设置在所述衬底上的介电材料层暴露于被配置为蚀刻所述介电材料层的第二蚀刻剂。
示例30：根据示例29所述的方法，还包括：将所述衬底的表面暴露于被配置为蚀刻所述衬底的材料的第三蚀刻剂。
示例31：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述在所述可图案化层上形成图案包括在所述可图案化层中压印图案。
示例32：根据示例31所述的方法，其中，在所述可图案化层上压印图案包括使所述可图案化层与图案化模板接触。
示例33：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述在所述可图案化层上形成图案包括使用光刻进行图案化。
示例34：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述衬底包括电介质。
示例35：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述可图案化层包括聚合物。
示例36：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述可图案化层包括抗蚀剂。
示例37：根据示例36所述的方法，其中，所述可图案化层包括光致抗蚀剂。
示例38：根据上述示例中的任一项所述的方法，还包括：将衍射光学元件集成在头戴式显示器中。
示例39：一种制造衍射光学元件的方法，所述方法包括：
提供包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料的衬底；
在所述衬底的表面的不同区域上方设置不同量的可图案化材料；以及
通过所述可图案化材料蚀刻所述衬底的表面以在所述衬底的表面上制造具有不同高度的结构，从而形成衍射特征。
示例40：根据示例39所述的方法，其中，与具有较少可图案化材料的表面区域相比，具有较多可图案化材料的表面区域产生更高的表面起伏特征。
示例41：一种制造衍射光学元件的方法，所述方法包括：
提供包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料的衬底；
在所述衬底的表面上的不同横向间隔区域上方设置不同组合物的可图案化材料，所述不同组合物的可图案化材料具有对蚀刻剂的不同蚀刻速率；以及
利用所述蚀刻剂通过所述可图案化材料蚀刻所述衬底的表面以在所述衬底的表面上制造具有不同高度的结构，从而形成衍射特征。
示例42：一种显示设备，包括：
波导堆叠，其包括多个波导，所述多个波导中的至少一者包括具有对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料，
其中，所述多个波导中的所述至少一者包括第一主表面、第二主表面、和多个较薄边缘，其中，所述第一主表面包括具有不同高度的多个衍射特征。
示例43：根据示例42所述的显示设备，其中，所述第二主表面包括与所述第一主表面的多个衍射特征偏移的多个衍射特征。
示例44：根据示例42或43所述的显示设备，其中，所述透明材料包括以下各项中的一项或多项：LiNbO3、LiTaO3、SiC、或TiO2。
示例45：根据示例42到44中的任一项所述的显示设备，还包括：
框架，其被配置为支撑在所述用户的头部；以及
目镜，其包括设置在所述框架上的波导堆叠。
示例46：所述显示设备包括头戴式显示器。
示例47：一种制造衍射光学元件的方法，所述方法包括：
提供包括对可见光透明的具有大于1.79的折射率的材料的衬底；
在所述衬底的表面上方设置可图案化层；
对所述可图案化层进行图案化，所述图案包括多个特征；以及
通过所述可图案化层蚀刻所述衬底的表面以在所述衬底的表面上制造结构，其中，所述结构包括被配置为衍射可见光的衍射特征。
示例48：根据示例47所述的方法，其中，所述透明材料包括LiNbO3或碳化硅。
示例49：根据示例47或48所述的方法，其中，对所述可图案化层进行图案化包括利用包括多个特征的压印模板来压印所述可图案化层。
示例50：根据示例47至49中的任一项所述的方法，还包括：固化所图案化的可图案化层。
示例51：根据示例47至50中的任一项所述的方法，其中，在所述衬底的表面上方设置所述可图案化层包括在所述衬底的表面上喷射沉积所述可图案化层。
示例52：根据示例47至51中的任一项所述的方法，其中，在设置所述可图案化层之前，所述衬底的表面通过以下各项中的至少一项来放电：(i)将所述表面暴露于等离子体(plasma)；(ii)使用电离器；(iii)使二次带电表面或接地表面靠近所述表面；或(iv)提供透明金属或其他导电涂层。
示例53：根据示例47至52中的任一项所述的方法，其中，所述可图案化层包括抗蚀剂或聚合物。
示例54：根据示例47至53中的任一项所述的方法，还包括：在设置所述可图案化层之前，在所述衬底的表面上方设置粘合促进剂层。
示例55：根据示例47至54中的任一项所述的方法，还包括：在设置所述可图案化层之前，在所述衬底的表面上方设置具有大于1.79的折射率的高折射率材料层，所述高折射率材料层包括与所述衬底的材料不同的材料。
示例56：根据示例55所述的方法，其中，所述高折射率材料层包括以下各项中的至少一项：二氧化钛、二氧化锆、氮化硅或碳化硅。
示例57：根据示例47至56中的任一项所述的方法，其中，蚀刻所述衬底的表面包括：
使用第一蚀刻过程来蚀刻所图案化的可图案化层以暴露所述可图案化层的多个特征之间的衬底的表面；以及
使用第二蚀刻过程来蚀刻所述多个特征和所述衬底的暴露表面以在所述衬底的表面上制造多个特征。
示例58：根据示例57所述的方法，其中，所述第一蚀刻过程包括在氩、氧和氦中的至少一种的存在下进行蚀刻，以及其中，所述第二蚀刻过程包括在氟、溴、氩或甲烷中的至少一种的存在下进行蚀刻。
示例59：根据示例47至58中的任一项所述的方法，其中，将所述可图案化层设置在所述衬底的表面上方包括将可图案化材料的多个液滴设置在所述衬底上方。
示例60：根据示例59所述的方法，其中，所述可图案化材料的多个液滴的体积跨所述衬底的表面变化。
示例61：根据示例60所述的方法，其中，所图案化的可图案化层的多个特征具有不同高度。
示例62：根据示例60所述的方法，其中，所固化的可图案化层的基底是倾斜的。
示例63：根据示例60所述的方法，其中，所图案化的可图案化层的多个特征之间的间隔跨所述衬底的表面变化。
示例64：根据示例59至63中的任一项所述的方法，其中，形成在所述衬底的表面上的多个结构具有不同的高度。
示例65：根据示例59所述的方法，其中，所述可图案化材料的多个液滴的体积是恒定的。
示例66：根据示例65所述的方法，其中，所固化的可图案化层的多个特征具有接近相同的高度。
示例67：根据示例65至66中的任一项所述的方法，其中，形成在所述衬底的表面上的多个结构具有接近恒定的高度。
示例68：一种制造衍射光学元件的方法，所述方法包括：
提供包括对可见光透明的具有大于1.79的折射率的材料的衬底；
在所述衬底的表面上方设置可图案化层；以及
对所述可图案化层进行图案化以形成包括多个特征的图案，
其中，所图案化的可图案化层的多个特征包括衍射特征，所述衍射特征被配置为将可见光衍射到所述衬底中以在其中被引导或将在所述衬底内被引导的可见光衍射出所述衬底。
示例69：根据示例68所述的方法，其中，所述透明材料包括LiNbO3或碳化硅。
示例70：根据示例68或69所述的方法，其中，对所述可图案化层进行图案化包括利用包括多个特征的压印模板压印所述可图案化层。
示例71：根据示例68至71中的任一项所述的方法，还包括：固化所图案化的可图案化层。
示例72：根据示例68至71中的任一项所述的方法，其中，在所述衬底的表面上方设置所述可图案化层包括在所述衬底的表面上方喷射沉积所述可图案化层。
示例73：根据示例68至72中的任一项所述的方法，其中，在设置所述可图案化层之前，使用以下各项中的至少一项来对所述衬底的表面进行放电：(i)将所述表面暴露于等离子体；(ii)电离器；(iii)使二次带电表面或接地表面靠近所述表面；或(iv)提供透明金属或其他导电涂层。
示例74：根据示例68至73中的任一项所述的方法，其中，所述可图案化层包括抗蚀剂或聚合物。
示例75：根据示例68至74中的任一项所述的方法，还包括：在设置所述可图案化层之前，在所述衬底的表面上方设置粘合促进剂层。
示例76：根据示例68至75中的任一项所述的方法，还包括：在设置所述可图案化层之前，在所述衬底的表面上方设置具有大于1.79的折射率的高折射率材料层，所述高折射率材料层包括与所述衬底的材料不同的材料。
示例77：根据示例76所述的方法，其中，所述高折射率材料层包括以下各项中的至少一项：二氧化钛、二氧化锆、氮化硅或碳化硅。
示例78：根据示例68至75中的任一项所述的方法，其中，在所述衬底的表面上方设置所述可图案化层包括将可图案化材料的多个液滴设置在所述衬底上方。
示例79：根据示例78所述的方法，其中，所述可图案化材料的多个液滴的体积跨所述衬底的表面变化。
示例80：根据示例79所述的方法，其中，所图案化的可图案化层的多个特征具有不同高度。
示例81：根据示例80所述的方法，其中，所图案化的可图案化层的基底是倾斜的。
示例82：根据示例80所述的方法，其中，所图案化的可图案化层的多个特征之间的间隔跨所述衬底的表面变化。
示例83：根据示例78所述的方法，其中，所述可图案化材料的多个液滴的体积是恒定的。
示例84：根据示例83所述的方法，其中，所图案化的可图案化层的多个特征具有接近相同的高度。
示例85：一种制造衍射光学元件的方法，所述方法包括：
提供包括对可见光透明的具有大于1.79的折射率的材料的衬底；
在所述衬底的表面上方喷射沉积可图案化层；以及
对所述可图案化层进行图案化以形成包括多个特征的图案。
示例86：根据示例85所述的方法，其中，所述透明材料包括LiNbO3或碳化硅。
示例87：根据示例85或86所述的方法，其中，对所述可图案化层进行图案化包括使用利用包括多个特征的压印模板压印所述可图案化层。
示例88：根据示例85至87中的任一项所述的方法，还包括：固化所图案化的可图案化层。
示例89：根据示例85或88所述的方法，其中，在设置所述可图案化层之前，使用以下各项中的至少一项来对所述衬底的表面进行放电：(i)将所述表面暴露于等离子体；(ii)电离器；(iii)使二次带电表面或接地表面靠近所述表面；或(iv)提供透明金属或其他导电涂层。
示例90：根据示例85至89中的任一项所述的方法，其中，所述可图案化层包括抗蚀剂或聚合物。
示例91：根据示例85至90中的任一项所述的方法，还包括：在设置所述可图案化层之前，在所述衬底上方设置粘合促进剂层。
示例92：根据示例85至91中的任一项所述的方法，还包括：在设置所述可图案化层之前，在所述衬底的表面上方设置具有大于1.79的折射率的高折射率材料层，所述高折射率材料层包括与所述衬底的材料不同的材料。
示例93：根据示例92所述的方法，其中，所述高折射率材料层包括以下各项中的至少一项：二氧化钛、二氧化锆、氮化硅或碳化硅。
示例94：根据示例85至93中的任一项所述的方法，其中，在所述衬底上方喷射沉积所述可图案化层包括将可图案化材料的多个液滴喷射沉积在所述衬底上方。
示例95：根据示例94所述的方法，其中，所述可图案化材料的多个液滴的体积跨所述衬底的表面变化。
示例96：根据示例95所述的方法，其中，所述图案化的可图案化层的多个特征具有不同高度。
示例97：根据示例95所述的方法，其中，所图案化的可图案化层的基底是倾斜的。
示例98：根据示例97所述的方法，其中，所图案化的可图案化层的多个特征之间的间隔跨所述衬底的表面变化。
示例99：根据示例94所述的方法，其中，所述可图案化材料的多个液滴的体积是恒定的。
示例100：根据示例99所述的方法，其中，所述固化的可图案化层的多个特征具有接近相同的高度。
示例101：根据示例48所述的方法，其中，所述透明材料包括LiNbO3。
示例102：根据示例48所述的方法，其中，所述透明材料包括碳化硅。
示例103：根据示例52所述的方法，其中，在设置所述可图案化层之前，所述衬底的表面通过将所述表面暴露于等离子体来放电。
示例104：根据示例52所述的方法，其中，在设置所述可图案化层之前，使用电离器来对所述衬底的表面进行放电。
示例105：根据示例52所述的方法，其中，在设置所述可图案化层之前，通过使二次带电表面或接地表面靠近所述表面来对所述衬底的表面进行放电。
示例106：根据示例52所述的方法，其中，在设置所述可图案化层之前，通过提供透明金属或其他导电涂层来对所述衬底的表面进行放电。
示例107：根据示例57所述的方法，其中，所述第一蚀刻过程不蚀刻所述衬底。
示例108：根据示例57所述的方法，其中，所述第一蚀刻过程以比所述第二蚀刻过程更低的蚀刻速率来蚀刻所述衬底。
示例109：根据示例1至41和47至108中的任一项所述的方法，还包括：所述衍射光学元件上的光学组件。
示例110：根据示例109所述的方法，其中，所述光学部件与所述衍射特征接触。
示例111：根据示例109所述的方法，还包括：所述光学部件与所述衍射特征之间的平坦化层。
示例112：根据示例109所述的方法，还包括：所述光学部件与所述衬底之间的结构稳定性提供层。
示例113：根据示例109所述的方法，还包括：所述光学部件与所述衬底之间的平坦化层。
示例114：根据示例109至113中的任一项所述的方法，其中，所述光学部件在空间范围上至少是1厘米(cm)。
示例115：根据示例109至113中的任一项所述的方法，其中，所述光学部件在空间范围上至少是多个厘米。
示例116：根据示例109至115中的任一项所述的方法，其中，所述光学部件包括折射光学部件。
示例117：根据示例109至115中的任一项所述的方法，其中，所述光学部件包括衍射光学部件。
示例118：根据示例109至117中的任一项所述的方法，其中，所述光学部件包括透镜。
示例119：根据示例118所述的方法，其中，所述透镜在空间范围上至少是1厘米(cm)。
示例120：根据示例118所述的方法，其中，所述透镜在空间范围上至少是多个厘米。
示例121：根据示例118至120中的任一项所述的方法，其中，所述透镜包括凸透镜。
示例122：根据示例118至120中的任一项所述的方法，其中，所述透镜包括凹透镜。
示例123：根据示例118至122中的任一项所述的方法，其中，所述透镜包括菲涅耳透镜。
示例124：根据示例1至41和47至108中的任一项所述的方法，还包括：在设置所述可图案化层之前，在所述衬底的表面上方设置第一层，所述第一层包括与所述衬底的材料不同的材料。
示例125：根据示例124中的任一项所述的方法，其中，所述第一层包括介电层。
示例126：根据示例124或125中的任一项所述的方法，其中，所述第一层包括具有大于1.79的折射率的高折射率材料。
示例127：根据示例124至126中的任一项所述的方法，其中，所述第一层包括以下各项中的至少一项：二氧化钛、二氧化锆、氮化硅或碳化硅。
示例128：根据示例124至126中的任一项所述的方法，其中，所述第一层包括二氧化钛层。
示例129：根据示例124至128中的任一项所述的方法，还包括：在所述第一层与所述可图案化层之间的粘合促进剂层。
示例130：根据示例124至129中的任一项所述的方法，其中，所述第一层减少来自所述衬底的反射。
示例131：根据示例124至130中的任一项所述的方法，还包括：所述第一层与所述可图案化材料之间的第二层。
示例132：根据示例131所述的方法，其中，所述第二层包括介电材料。
示例133：根据示例131或132所述的方法，其中，所述第一层具有所述衬底与所述第二层的折射率之间的折射率。
示例134：根据示例131至133中的任一项所述的方法，还包括：所述第二层与所述可图案化材料之间的第三层。
示例135：根据示例134所述的方法，其中，所述第二层与所述可图案化材料的所述第三层包括介电材料。
示例136：根据示例134或135所述的方法，其中，所述第二层具有所述第一层与所述第三层的折射率之间的折射率。
示例137：根据示例131至136中的任一项所述的方法，其中，所述第一层包括二氧化钛。
示例138：根据示例131至137中的任一项所述的方法，其中，所述第二层包括氮化硅。
示例139：根据示例134至138中的任一项所述的方法，其中，所述第三层包括二氧化硅。
示例140：根据示例131至139中的任一项所述的方法，其中，所述第一层和所述第二层减少来自所述衬底的反射。
示例141：根据示例133至139中的任一项所述的方法，其中，所述第一层、所述第二层和所述第二层减少来自所述衬底的反射。
示例142：根据示例124至141中的任一项所述的方法，还包括：移除所述可图案化材料并且保留所述第一层作为衍射特征的至少一部分。
示例143：根据示例131至141中的任一项所述的方法，还包括：移除所述可图案化材料并且保留所述第一层和所述第二层作为衍射特征的至少一部分。
示例144：根据示例134至141中的任一项所述的方法，还包括：移除所述可图案化材料并且保留所述第一层、所述第二层和所述第三层作为衍射特征的至少一部分。
示例145：根据示例124至141中的任一项所述的方法，还包括：移除所述可图案化材料并且保留所述第一层作为所述衬底上的衍射特征，所述衬底不包括蚀刻在其中的对应衍射特征。
示例146：根据示例131至141中的任一项所述的方法，还包括：移除所述可图案化材料并且保留所述第一层和所述第二层作为所述衬底上的衍射特征，所述衬底不包括蚀刻在其中的对应衍射特征。
示例147：根据示例134至141中的任一项所述的方法，还包括：移除所述可图案化材料并且保留所述第一层、所述第二层和所述第三层作为所述衬底上的衍射特征，所述衬底不包括蚀刻在其中的对应衍射特征。
示例148：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述衍射特征相对于所述衬底具有相同的高度。
示例149：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述衍射特征中的所述不同衍射特征相对于所述衬底具有不同的高度。
示例150：根据示例149所述的方法，其中，所述衍射特征中的所述不同衍射特征相对于所述衬底具有不同的高度，使得所述高度随着沿着所述衬底的横向位置而逐渐增加。
示例151：根据示例1至41和47至108中的任一项所述的方法，还包括：在设置所述可图案化层之前，在所述衬底的表面上方设置多个层，所述多个层包括与所述衬底的材料不同的材料。
示例152：根据示例151所述的方法，其中，所述多个层包括介电材料。
示例152：根据示例151所述的方法，其中，所述多个层包括至少一个二氧化钛层。
示例153：根据示例151至152中的任一项所述的方法，其中，所述多个层包括至少一个二氧化硅层。
示例154：根据示例151至153中的任一项所述的方法，其中，所述多个层包括至少一个氟化镁层。
示例155：根据示例151至154中的任一项所述的方法，其中，所述多个层包括多个二氧化钛层。
示例156：根据示例151至155中的任一项所述的方法，其中，所述多个层包括多个二氧化硅层。
示例157：根据示例151至156中的任一项所述的方法，其中，所述多个层包括多个氟化镁层。
示例158：根据示例151至157中的任一项所述的方法，其中，所述多个层包括交替材料层。
示例159：根据示例151至158中的任一项所述的方法，其中，所述多个层包括重复材料层。
示例160：根据示例151至159中的任一项所述的方法，其中，所述多个层减少来自所述衬底的反射。
示例161：根据示例151至160中的任一项所述的方法，还包括：移除所述可图案化材料并且保留所述多个层作为衍射特征的至少一部分。
示例162：根据示例150至159中的任一项所述的方法，还包括：移除所述可图案化材料并且保留所述多个层作为所述衬底上的衍射特征，所述衬底不包括蚀刻在其中的对应衍射特征。
示例163：根据示例161或162所述的方法，其中，所述衍射特征相对于所述衬底具有相同的高度。
示例164：根据示例161或162所述的方法，其中，所述衍射特征中的所述不同衍射特征相对于所述衬底具有不同的高度。
示例165：根据示例164所述的方法，其中，所述衍射特征中的所述不同衍射特征相对于所述衬底具有不同的高度，使得所述高度随着沿着所述衬底的横向位置而逐渐增加。
示例166：根据示例1至41和47至108中的任一项所述的方法，还包括：第一层，其包括在所述衬底上方的具有小于1.8的折射率的材料。
示例167：根据示例166所述的方法，其中，所述第一层包括抗蚀剂。
示例168：根据示例166或167所述的方法，还包括：第二层包括在所述第一层上方的具有至少1.8的折射率的材料。
示例169：根据示例168所述的方法，其中，所述第二层包括TiO2。
示例170：根据示例168所述的方法，其中，所述第二层包括ZrO2。
示例171：根据示例168所述的方法，其中，所述第二层包括Si3N4。
示例172：根据示例168所述的方法，其中，所述第二层包括SiC。
示例173：根据示例168至172中的任一项所述的方法，其中，所述第二层使用掠射角沉积来沉积。
示例174：根据示例168至173中的任一项所述的方法，其中，所述第二层主要在平行于所述衬底的表面上方。
示例175：根据示例168至173中的任一项所述的方法，其中，所述第一层的侧壁上的所述第二层的材料是可忽略的。
示例176：根据示例168至172中的任一项所述的方法，其中，所述第二层的所述材料在水平表面和垂直表面两者上。
示例175：根据示例168至173中的任一项所述的方法，其中，所述第二层的材料在所述第一层的特征的第一侧比在所述第一层的特征的第二侧更多。
示例176：根据示例1至41和47至108中的任一项所述的方法，还包括：在所述衍射光学元件上方的一个或多个反射减轻层。
示例177：根据示例176所述的方法，其中，所述一个或多个反射减轻层包括具有比所述波导的材料的折射率更小的折射率的材料。
示例178：根据示例176所述的方法，其中，所述一个或多个反射减轻层包括具有1.2与1.7之间的折射率的材料。
示例179：根据示例176所述的方法，其中，所述一个或多个反射减轻层包括氟化镁。
示例180：根据示例176或179所述的方法，其中，所述一个或多个反射减轻层包括二氧化硅。
示例181：根据示例176、179或180中的任一项所述的方法，其中，所述一个或多个反射减轻层包括抗蚀剂。
示例182：根据示例176至181中的任一项所述的方法，其中，多个反射减轻层被设置在所述衍射光学元件上方。
示例183：根据示例182所述的方法，其中，更远离所述衬底的反射减轻层中的一者具有比更接近所述衬底的反射减轻层中的一者更低的折射率。
示例184：根据示例182所述的方法，其中，最远离所述衬底的反射减轻层具有比最接近所述波导的反射减轻层更低的折射率，以及最远离所述衬底的反射减轻层与最接近所述衬底的反射减轻层之间的一个或多个反射减轻层具有最远离所述衬底的反射减轻层的折射率与最接近所述衬底的反射减轻层的折射率之间的折射率。
示例185：根据示例176至184中的任一项所述的方法，其中，使用玻璃角沉积来沉积所述一个或多个反射减轻层。
示例186：根据示例176至185中的任一项所述的方法，其中，所述衍射光学元件的侧壁和沟槽包括可忽略量的一个或多个反射减轻层的材料。
示例187：根据示例176至184中的任一项所述的方法，其中，所述反射减轻层的材料被沉积在所述衍射光学元件的多个衍射特征的顶表面上，所述顶表面平行于所述衬底的表面和所述衍射光学元件的沟槽的表面，以及其中，所述衍射光学元件的侧壁包括可忽略量的反射减轻层的材料。
示例188：根据示例176至184中的任一项所述的方法，其中，所述反射减轻层的材料被沉积在所述光学元件的多个特征的水平和垂直暴露表面上。
示例189：根据示例176至188中的任一项所述的方法，其中，所述衍射光学元件上的反射减轻层被平坦化。
示例190：根据示例176至189中的任一项所述的方法，还包括：结构稳定性提供层，其被设置在所述一个或多个反射减轻层上方以增加结构稳定性。
示例191：根据示例190所述的方法，其中，所述结构稳定性提供层包括玻璃。
示例192：根据示例190所述的方法，其中，所述结构稳定性提供层包括在其上具有抗反射涂层的玻璃。
示例193：根据示例192所述的方法，其中，所述玻璃上的抗反射涂层包括交替层。
示例194：根据示例193所述的方法，其中，所述玻璃上的抗反射涂层包括TiO2和SiO2的交替层。
示例195：根据示例176至194中的任一项所述的方法，还包括：所述反射减轻层与所述衍射光学元件的衍射特征之间的附加层。
示例196：根据示例1至41和47至108中的任一项所述的方法，还包括：抗反射结构，其被设置在所述衍射光学元件上，所述抗反射结构包括被配置为减少反射的纳米结构。
示例197：根据示例196所述的方法，其中，所述纳米结构直接在所述衍射光学元件上。
示例198：根据示例196所述的方法，其中，所述纳米结构被形成在设置在所述衍射光学元件上方的涂层中。
示例199：根据示例198所述的方法，其中，所述涂层具有比所述衬底的折射率更小的折射率。
示例200：根据示例198或199所述的方法，其中，所述涂层包括光致抗蚀剂。
示例201：根据示例1至41和47至108中的任一项所述的方法，还包括：反射光栅，其被设置在所述衬底的边缘处以接收在所述衬底内通过全内反射传播到所述衬底的边缘的光。
示例202：根据示例201所述的方法，其中，所述反射光栅被配置为将光从所述边缘重定向回来。
示例203：根据示例201或202所述的方法，其中，所述反射光栅被配置为将光朝着出射光瞳扩展器引导回来，所述出射光瞳扩展器被配置为将光从所述衬底耦出到用户。
示例204：根据示例203所述的方法，其中，所述出射光瞳扩展器包括具有节距的衍射光学元件，并且所述反射光栅具有约所述出射光瞳扩展器的节距的一半的节距。
示例205：根据示例201至204中的任一项所述的方法，其中，所述反射光栅被金属化。
示例206：根据示例1至41和47至108中的任一项所述的方法，还包括：光提取特征，其被设置在所述衬底的边缘处以接收在所述衬底内通过全内反射传播到所述衬底的边缘的光。
示例207：根据示例206所述的方法，其中，所述光提取特征被配置为从所述边缘提取光。
示例208：根据示例206或207所述的方法，其中，所述光提取特征包括衍射特征。
示例209：根据示例206至208中的任一项所述的方法，还包括：吸收元件，其被设置在所述边缘附近以接收由所述光提取特征提取的光。
示例210：根据示例209所述的方法，其中，所述吸收元件包括袖口、衣领、杯或袖子。
示例211：根据示例209或210所述的方法，其中，所述吸收元件包括炭黑。
示例212：根据示例206至208中的任一项所述的方法，还包括：在所述光提取特征上包括吸收涂层。
示例213：根据示例1至41和47至108中的任一项所述的方法，还包括：具有所述衬底的至少一个结构支持层以提供增加的结构强度。
示例214：根据示例213所述的方法，其中，所述至少一个结构支持层包括具有小于或等于1.7的折射率。
示例215：根据示例213或214所述的方法，其中，至少一个所述结构支持层包括玻璃。
示例216：根据示例215所述的方法，其中，至少一个所述结构支持层包括在其上具有抗反射涂层的玻璃。
示例217：根据示例213至216中的任一项所述的方法，其中，所述至少所述结构支持层直接邻近所述衬底。
示例218：根据示例213至217中的任一项所述的方法，其中，所述至少一个所述结构支持层填充所述衍射光学元件的多个衍射特征之间的间隔。
示例219：根据示例213至216中的任一项所述的方法，还包括：所述至少一个结构支持层与所述衬底之间的空气。
示例220：根据示例213至216和219中的任一项所述的方法，还包括：所述至少一个结构支持层与所述多个衍射特征之间的空气。
示例221：根据示例213至216和219和220中的任一项所述的方法，还包括：所述至少一个结构支持层与所述衬底之间的间隔物以在所述至少一个结构支持层与所述衬底之间提供空气间隙。
示例222：根据示例213至216和219至221中的任一项所述的方法，还包括：形成空气间隙包括蒸发聚合物层。
示例223：根据示例213至222中的任一项所述的方法，其中，至少一个所述结构支持层提供抗划伤功能。
示例224：根据示例213至223中的任一项所述的方法，其中，至少一个所述结构支持层包括低折射率涂层。
示例225：根据示例213至224中的任一项所述的方法，其中，至少一个所述结构支持层包括抗反射玻璃。
示例226：根据示例213至225中的任一项所述的方法，其中，至少一个所述结构支持层被设置在所述衬底的一个侧面上。
示例227：根据示例213至226中的任一项所述的方法，其中，所述结构支持层包括至少两个结构支持层。
示例228：根据示例227所述的方法，其中，所述至少两个结构支持层被设置在所述衬底的相反侧面上。
示例229：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述衍射特征高度在10nm与50nm之间。
示例230：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述衍射特征包括具有至少1.8的折射率的材料，所述材料与所述衬底的材料不同。
示例231：根据上述示例中的任一项所述的方法，还包括：所述衍射特征上方的平坦化层。
示例232：根据示例231所述的方法，其中，所述平坦化层具有小于1.6的折射率。
示例233：根据上述示例中的任一项所述的方法，还包括：抗反射涂层，其在衬底的相反侧面上作为所述衍射光学元件。
示例234：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述衬底是有色的。
示例235：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，第一衍射光学元件和第二衍射光学元件被设置在所述波导的第一和第二相反面上。
示例236：根据示例235所述的方法，其中，所述第一衍射光学元件的多个衍射特征与所述第二衍射光学元件的多个衍射特征偏移。
示例237：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述衍射特征具有不同的高度。
示例238：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述衍射特征具有随着跨所述衬底的横向位置而逐渐变化的高度。
示例239：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述衬底包括波导。
示例240：根据示例239所述的方法，其中，所述波导被包括在用于头戴式显示器的目镜中。
示例241：根据示例239所述的方法，其中，所述波导被包括在用于头戴式显示器的目镜中的波导的堆叠中。
示例242：根据示例240或241所述的方法，其中，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图。
示例243：根据示例240、241或242所述的方法，其中，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的眼睛。
示例244：根据示例240、241、242或243所述的方法，其中，所述目镜被安装在配置为被穿戴在用户的头部上的框架上。
示例245：一种由上述示例中的任一项中的任何方法形成的设备。
示例246：根据示例245所述的设备，其中，所述多个衍射特征或特征形成衍射光栅，并且所述衍射光栅是闪耀光栅。
示例247：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征或特征是非对称的，以便提供闪耀光栅。
示例248：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征或特征具有非对称地沉积在其上的材料以便提供闪耀光栅。
示例249：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底包括第一侧面和第二侧面，并且仅所述衬底的所述第一侧面包括衍射光栅。
示例250：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征被以1D阵列布置。
示例251：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征被以2D阵列布置。
示例252：根据示例251所述的光学设备，其中，所述2D阵列包括方形阵列。
示例253：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述蚀刻掩模的至少一部分保持在所述衍射特征上。
示例254：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述聚合物保持在所述衍射特征上，从而增加所述衍射特征的高度。
示例255：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，抗蚀剂保持在所述衍射特征上。
示例256：根据上述示例中的任一项所述的方法，还包括：将所述可图案化材料的至少一部分留在所述衍射特征上。
示例257：根据上述示例中的任一项所述的方法，还包括：将蚀刻掩模的至少一部分留在所述衍射特征上。
示例258：根据上述示例中的任一项所述的方法，还包括：将聚合物留在所述衍射特征上，从而增加所述衍射特征的高度。
示例259：根据上述示例中的任一项所述的方法，还包括：将抗蚀剂留在所述衍射特征上，从而增加所述衍射特征的高度。
示例260：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述衍射特征被以1D阵列形成。
示例261：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述衍射特征被以2D阵列形成。
示例262：根据示例261所述的光学设备，其中，所述2D阵列包括方形阵列。
示例263：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述衍射特征形成1D衍射光栅。
示例264：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述衍射特征被以2D衍射光栅形成。
示例265：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述衍射特征是闪耀的。
示例266：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述衍射特征是非对称的，以便提供闪耀光栅。
示例267：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述多个衍射特征具有非对称地沉积在其上的材料以便提供闪耀光栅。
示例268：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底包括第一侧面和第二侧面，并且仅所述衬底的所述第一侧面包括衍射光栅。
示例269：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦入光学元件中，所述耦入光学元件被设置为接收来自图像源的光并且将所述光耦合到所述衬底中以在其中被引导。
示例270：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在光分布光学元件中，所述光分布光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且将所述光引导到耦出光学元件以耦出所述衬底。
示例271：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在光分布光学元件中，所述光分布光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且在所述波导内将所述光扩散出去以增加光束尺寸或眼动范围(eye boxsize)。
示例272：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦出光学元件中，所述耦出光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且将所述光耦出所述衬底。
示例273：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在组合光分布/耦出光学元件中，所述组合光分布/耦出光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光，在至少两个方向上将所述光扩散出去并且将所述光耦出所述衬底。
示例274：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在组合光瞳扩展器-提取器中，所述组合光瞳扩展器-提取器被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光，将所述光扩散出去并且将所述光耦出所述衬底。
示例275：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征包括闪耀衍射光栅，所述闪耀衍射光栅被配置为优选在至少两个方向上引导光。
示例276：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征包括在两个方向上闪耀的闪耀衍射光栅。
示例277：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述多个衍射特征被包括在耦入光学元件中，所述耦入光学元件被设置为接收来自图像源的光并且将所述光耦合到所述衬底中以在其中被引导。
示例278：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述多个衍射特征被包括在光分布光学元件中，所述光分布光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且所述光导被引到耦出光学元件以被耦出所述衬底。
示例279：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述多个衍射特征被包括在光分布光学元件中，所述光分布光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且在所述波导内将所述光扩散出去以增加光束尺寸或眼动范围。
示例280：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述多个衍射特征被包括在耦出光学元件中，所述耦出光学元件被设置为接收在所述衬底中引导的来自图像源的光并且将所述光耦出所述衬底。
示例281：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述多个衍射特征被包括在组合光分布/耦出光学元件中，所述组合光分布/耦出光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光，在至少两个方向上将所述光扩散出去并且将所述光耦出所述衬底。
示例282：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述多个衍射特征被包括在组合光瞳扩展器-提取器中，所述组合光瞳扩展器-提取器被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光，将所述光扩散出去并且将所述光耦出所述衬底。
示例283：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述多个衍射特征包括闪耀衍射光栅，所述闪耀衍射光栅被配置为优选在至少两个方向上引导光。
示例284：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述多个衍射特征包括在两个方向上闪耀的闪耀衍射光栅。
部分II
示例1：一种光学设备，包括：
衬底，其包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料，所述衬底包括波导；
多个衍射特征，其被形成在所述衬底中；以及
材料层，其被设置在所述衍射特征上方。
示例2：根据示例1所述的光学设备，其中，所述衬底材料包括铌酸锂或碳化硅。
示例3：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底材料具有至少2.1的折射率。
示例4：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底材料具有至少2.2的折射率。
示例5：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底材料具有至少2.3的折射率。
示例6：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层具有小于1.8的折射率。
示例7：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层包括光致抗蚀剂。
示例8：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征是由间隔分隔的并且所述间隔包括所述衬底材料的暴露区域。
示例9：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征是由间隔分隔的并且所述衍射特征之间的所述间隔不被所述材料层覆盖。
示例10：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征是由间隔分隔的并且所述衍射特征之间的所述间隔包括所述衬底材料的暴露区域。
示例11：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征包括相对于彼此横向位移的第一衍射特征、第二衍射特征、和第三衍射特征，所述第二衍射特征被设置在所述第一衍射特征与所述第三衍射特征之间。
示例12：根据示例11所述的光学设备，其中，所述材料层在所述第一衍射特征、所述第二衍射特征、和所述第三衍射特征中的每一者上方具有不同厚度。
示例13：根据示例11或12所述的光学设备，其中，所述材料层的在所述第三衍射特征上方的厚度高于所述材料层的在所述第二衍射特征上方的厚度，以及所述材料层的在所述第二衍射特征上方的厚度高于所述材料层的在所述第一衍射特征上方的厚度。
示例14：根据示例11所述的光学设备，其中，所述材料层在所述衍射特征、所述第二衍射特征、和所述第三衍射特征上方具有相同厚度。
示例15：根据11至14示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述第三衍射特征的高度高于所述第二衍射特征的高度，以及所述第二衍射特征的高度高于所述第一衍射特征的高度。
示例16：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征的高度随着横向位置而逐渐增加。
示例17：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层具有随着横向位置而逐渐增加的厚度。
示例18：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底的厚度是分级的。
示例19：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层的厚度是分级的。
示例20：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底的厚度随着横向位置而逐渐增加。
示例21：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，衍射特征的高度随着横向位置基本上恒定。
示例22：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述第一衍射特征、所述第二衍射特征、和所述第三衍射特征的高度是相同的。
示例23：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层具有随着横向位置基本上恒定的厚度。
示例24：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层在所述第一衍射特征、所述第二衍射特征、和所述第三衍射特征上方具有相同厚度。
示例25：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征中的至少一些具有倾斜侧壁。
示例26：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征中的至少一些具有梯形剖面。
示例27：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述波导被包括在用于头戴式显示器的目镜中。
示例28：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述波导被包括在用于头戴式显示器的目镜中的波导的堆叠中。
示例29：根据示例27或28所述的光学设备，其中，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图。
示例30：根据27至29示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛。
示例31：根据27至30示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述目镜被安装在被配置为穿戴在用户的头部的框架上。
示例32：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦入光学元件中，所述耦入光学元件被设置为接收来自图像源的光并且将所述光耦合到所述衬底中以在其中被引导。
示例33：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦出光学元件中，所述耦出光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且将所述光耦出所述衬底到穿戴所述头戴式显示器的用户的眼睛。
示例34：根据27至33示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征包括第一衍射特征、第二衍射特征、和第三衍射特征，所述第二衍射特征被设置在所述第一衍射特征与所述第三衍射特征之间。
示例35：根据示例35所述的光学设备，其中，所述第三衍射特征的高度比所述第二衍射特征的高度更高，以及所述第二衍射特征的高度比所述第一衍射特征的高度更高。
示例36：根据示例34或35所述的光学设备，还包括：投影仪，其被相对于所述衬底设置以将光引导到所述衬底中，所述投影仪被比所述第二衍射特征更接近所述第一衍射特征定位。
示例37：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征的高度随着横向位置而逐渐增加。
示例38：根据示例37所述的光学设备，还包括：投影仪，其被相对于所述衬底设置以将光引导到所述衬底中，与具有较高高度的所述衍射特征相比，所述投影仪被更接近具有较低高度的衍射特征定位。
示例39：根据34至38示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述第三衍射特征上的所述材料层的厚度比所述第二衍射特征上的所述材料层的厚度更高，以及所述第二衍射特征上的所述材料层的厚度比所述第一衍射特征上的所述材料层的厚度更高。
示例40：根据示例39所述的光学设备，还包括：投影仪，其被相对于所述衬底设置以将光引导到所述衬底中，所述投影仪被比所述第二衍射特征更接近所述第一衍射特征定位。
示例41：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层具有随着横向位置而逐渐增加的厚度。
示例42：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，还包括：投影仪，其被相对于所述衬底设置以将光引导到所述衬底中，所述投影仪被比所述材料层更厚的所述衍射特征更接近所述材料层更薄的所述衍射特征定位。
示例43：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底包括相对的第一侧面和第二侧面。
示例44：根据示例43所述的光学设备，其中，所述光学设备被集成在头戴式显示器中，以及在所述头戴式显示器被穿戴时，所述第二侧面被比所述第一侧面更接近穿戴者的眼睛设置。
示例45：根据示例43或44所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被设置在所述衬底的所述第一侧面上。
示例46：根据示例43至45中的任一项所述的光学设备，还包括：附加的多个衍射特征，其被形成在所述衬底中所述衬底的第二相对侧面上。
示例47：根据示例46所述的光学设备，其中，所述附加的多个衍射特征是由间隔分隔的，所述光学设备还包括设置在所述多个附加衍射特征上方的附加材料层。
示例48：一种光学设备，包括：
衬底，其包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料，所述衬底包括波导；
多个衍射特征，其被形成所述衬底上，所述衍射特征由具有比所述衬底的材料的折射率更小的不同材料形成；以及
较高折射率材料，其被设置在所述衍射特征上方，所述较高折射率材料具有比形成所述衍射特征的所述材料更高的折射率。
示例49：根据示例48所述的光学设备，其中，所述衬底材料包括铌酸锂或碳化硅。
示例50：根据示例48或49所述的光学设备，其中，包括所述衬底的所述材料具有至少2.1的折射率。
示例51：根据示例48至50中的任一项所述的光学设备，其中，包括所述衬底的所述材料具有至少2.2的折射率。
示例52：根据示例48至50中的任一项所述的光学设备，其中，包括所述衬底的所述材料具有至少2.3的折射率。
示例53：根据示例48至52中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征包括光致抗蚀剂。
示例54：根据示例48至53中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征具有小于1.8的折射率。
示例55：根据示例48至54中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征具有约1.5的折射率。
示例56：根据示例48至55中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征具有1.7与1.8之间的折射率。
示例57：根据示例48至56中的任一项所述的光学设备，其中，设置在所述衍射特征上方的所述较高折射率材料具有至少2.1的折射率。
示例58：根据示例48至57中的任一项所述的光学设备，其中，设置在所述衍射特征上的所述较高折射率材料具有至少2.2的折射率。
示例59：根据示例48至58中的任一项所述的光学设备，其中，设置在所述衍射特征上方的所述较高折射率材料具有至少2.3的折射率。
示例60：根据示例48至59中的任一项所述的光学设备，其中，设置在所述衍射特征上方的所述较高折射率材料包括铌酸锂。
示例61：根据示例48至59中的任一项所述的光学设备，其中，设置在所述衍射特征上方的所述较高折射率材料包括碳化硅。
示例62：根据示例48至61中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征包括闪耀衍射光栅。
示例63：根据示例48至62中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被非对称塑形。
示例64：根据示例48至63中的任一项所述的光学设备，其中，所述高折射率材料在衍射特征的第一侧壁上的比所述衍射特征的第二侧壁上的更多。
示例65：根据示例48至64中的任一项所述的光学设备，其中，所述高折射率材料在衍射特征的第一侧面上的比所述衍射特征的第二侧面上更多。
示例66：根据示例48至64中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征中的至少一者在衍射特征的第一侧面具有所述高折射率材料，而所述衍射特征的所述第二侧面被暴露。
示例67：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征被以1D阵列布置。
示例68：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征被以2D阵列布置。
示例69：根据示例1至47中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征具有顶表面和绕所述顶表面设置的侧壁，以及其中，所述材料层在所述衍射特征的所述顶表面上。
示例70：根据示例47所述的光学设备，其中，所述附加的多个衍射特征具有顶表面和绕所述顶表面设置的侧壁，以及其中，所述附加材料层在所述多个附加衍射特征的所述顶表面上。
示例71：根据示例48至68中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征具有顶表面和绕所述顶表面设置的侧壁，以及其中，所述较高折射率材料在所述衍射特征的所述顶表面上。
示例72：根据示例48至68中的任一项所述的光学设备，其中，所述波导被包括在用于头戴式显示器的目镜中。
示例73：根据示例48至68中的任一项所述的光学设备，其中，所述波导被包括在用于头戴式显示器的目镜中的波导的堆叠中。
示例74：根据示例72或73所述的光学设备，其中，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图。
示例75：根据示例72至74中的任一项所述的光学设备，其中，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛。
示例76：根据示例72至75中的任一项所述的光学设备，其中，所述目镜被安装在被配置为被穿戴在用户的头部的框架上。
示例77：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦入光学元件中，所述耦入光学元件被设置为接收来自图像源的光并且将所述光耦合到所述衬底中以在其中被引导。
示例78：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦出光学元件中，所述耦出光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且将所述光耦出所述衬底到穿戴所述头戴式显示器的用户的眼睛。
示例79：根据示例1至47中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层包括聚合物。
示例80：根据示例1至47中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层包括抗蚀剂。
示例81：根据示例1至47中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层包括蚀刻掩模的至少一部分。
示例82：根据示例1至47中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层减少反射。
示例83：根据示例1至82中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征形成衍射光栅，并且所述衍射光栅是闪耀光栅。
示例84：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征是非对称的，以便提供闪耀光栅。
示例85：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征具有非对称地沉积在其上的材料以便提供闪耀光栅。
示例86：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底包括第一侧面和第二侧面，并且仅所述衬底的所述第一侧面包括衍射光栅。
示例87：根据示例1至86中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征被以1D阵列布置。
示例88：根据示例1至86中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征被以2D阵列布置。
示例89：根据示例88所述的光学设备，其中，所述2D阵列包括方形阵列。
示例90：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被被包括在耦入光学元件中，所述耦入光学元件被设置以接收来自图像源的光并且将所述光耦合到所述衬底中以在其中被引导。
示例91：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在光分布光学元件中，所述光分布光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且将所述光引导到耦出光学元件以耦出所述衬底。
示例92：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在光分布光学元件中，所述光分布光学元件被设置以接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且在所述波导内将所述光扩散出去以增加光束尺寸或眼动范围。
示例93：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦出光学元件中，所述耦出光学元件被设置为接收来所述衬底中被引导的自在图像源的光并且将所述光耦出所述衬底。
示例94：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在组合光分布/耦出光学元件中，所述组合光分布/耦出光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光，在至少两个方向上将所述光扩散出去并且将所述光耦出所述衬底。
示例95：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在组合光瞳扩展器-提取器中，所述组合光瞳扩展器-提取器被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光，将所述光扩散出去并且将所述光耦出所述衬底到穿戴所述头戴式显示器的用户的眼睛。
示例96：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征包括闪耀衍射光栅，所述闪耀衍射光栅被配置为优选在至少两个方向上引导光。
示例97：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述多个衍射特征包括在两个方向上闪耀的闪耀衍射光栅。
部分III
示例1：一种光学设备，包括：
衬底，其包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料，所述衬底包括波导；
多个衍射特征，其被形成在所述衬底中或所述衬底上，
其中，所述衍射特征被以二维(2D)阵列布置以形成2D衍射光栅。
示例2：根据示例1所述的光学设备，其中，所述衬底材料包括铌酸锂或碳化硅。
示例3：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底材料具有至少2.1的折射率。
示例4：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底材料具有至少2.2的折射率。
示例5：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底材料具有至少2.3的折射率。
示例6：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层具有小于1.8的折射率。
示例7：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征包括与所述衬底不同的材料。
示例8：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征是由间隔分隔开的并且所述间隔包括所述衬底材料的暴露区域。
示例9：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征是由间隔分隔开的并且所述衍射特征之间的所述间隔不被所述材料层覆盖。
示例10：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征是由间隔分隔开的并且所述衍射特征之间的所述间隔包括所述衬底材料的暴露区域。
示例11：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征包括相对于彼此横向位移的第一衍射特征、第二衍射特征、和第三衍射特征，所述第二衍射特征被设置在所述第一衍射特征与所述第三衍射特征之间。
示例12：根据示例11所述的光学设备，其中，所述材料层在所述第一衍射特征、所述第二衍射特征、和所述第三衍射特征中的每一者上方具有不同厚度。
示例13：根据示例11或12所述的光学设备，其中，所述材料层的在所述第三衍射特征上方的厚度高于所述材料层的在所述第二衍射特征上方的厚度，以及所述材料层的在所述第二衍射特征上方的厚度高于所述材料层的在所述第一衍射特征上方的厚度。
示例14：根据示例11所述的光学设备，其中，所述材料层在所述第一衍射特征、所述第二衍射特征、和所述第三衍射特征上方具有相同厚度。
示例15：根据11至14示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述第三衍射特征的高度高于所述第二衍射特征的高度，以及所述第二衍射特征的高度高于所述第一衍射特征的高度。
示例16：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征的高度随着横向位置而逐渐增加。
示例17：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层具有随着横向位置而逐渐增加的厚度。
示例18：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底的厚度是分级的。
示例19：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层的厚度是分级的。
示例20：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底的厚度随着横向位置而逐渐增加。
示例21：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征的高度随着横向位置基本上恒定。
示例22：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述第一衍射特征、所述第二衍射特征、和所述第三衍射特征的高度是相同的。
示例23：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层具有随着横向位置基本上恒定的厚度。
示例24：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层在所述第一衍射特征、所述第二衍射特征、和所述第三衍射特征上方具有相同厚度。
示例25：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征中的至少一些具有倾斜侧壁。
示例26：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征中的至少一些具有梯形剖面。
示例27：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述波导被包括在用于头戴式显示器的目镜中。
示例28：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述波导被包括在用于头戴式显示器的目镜中的波导的堆叠中。
示例29：根据示例27或28所述的光学设备，其中，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图。
示例30：根据27至29示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛。
示例31：根据27至30示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述目镜被安装在被配置为穿戴在用户的头部的框架上。
示例32：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦入光学元件中，所述耦入光学元件被设置为接收来自图像源的光并且将所述光耦合到所述衬底中以在其中被引导。
示例33：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦出光学元件中，所述耦出光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且将所述光耦出所述衬底到穿戴所述头戴式显示器的用户的眼睛。
示例34：根据27至33示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征包括第一衍射特征、第二衍射特征、和第三衍射特征，所述第二衍射特征被设置在所述第一衍射特征与所述第三衍射特征之间。
示例35：根据示例35所述的光学设备，其中，所述第三衍射特征的高度高于所述第二衍射特征的高度，以及所述第二衍射特征的高度高于所述第一衍射特征的高度。
示例36：根据示例34或35所述的光学设备，还包括：投影仪，其被相对于所述衬底设置以将光引导到所述衬底中，所述投影仪被比所述第二衍射特征更接近所述第一衍射特征定位。
示例37：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征的高度随着横向位置而逐渐增加。
示例38：根据示例37所述的光学设备，还包括：投影仪，其被相对于所述衬底设置以将光引导到所述衬底中，与具有较高高度的所述衍射特征相比，所述投影仪更接近具有较低高度的衍射特征定位。
示例39：根据34至38示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层的在所述第三衍射特征上方的厚度高于所述材料层的在所述第二衍射特征上方的厚度，以及所述材料层的在所述第二衍射特征上方的厚度高于所述材料层的在所述第一衍射特征上方的厚度
示例40：根据示例39所述的光学设备，还包括：投影仪，其被相对于所述衬底设置以将光引导到所述衬底中，所述投影仪被比所述第二衍射特征更接近所述第一衍射特征定位。
示例41：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层具有随着横向位置而逐渐增加的厚度。
示例42：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，还包括：投影仪，其被相对于所述衬底设置以将光引导到所述衬底中，所述投影仪比所述材料层更厚的所述衍射特征更接近所述材料层更薄的所述衍射特征定位。
示例43：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底包括相对的第一侧面和第二侧面。
示例44：根据示例43所述的光学设备，其中，所述光学设备被集成在头戴式显示器中，以及在所述头戴式显示器被穿戴时，所述第二侧面被比所述第一侧面更接近穿戴者的眼睛设置。
示例45：根据示例43或44所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被设置在所述衬底的所述第一侧面上。
示例46：根据示例43至45中的任一项所述的光学设备，还包括：附加的多个衍射特征，其被形成在所述衬底的第二相反侧面上在所述衬底中或所述衬底上。
示例47：根据示例46所述的光学设备，其中，所述附加的多个衍射特征是由间隔分隔开的，所述光学设备还包括在所述多个附加衍射特征上方的附加材料层。
示例48：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述2D衍射光栅包括闪耀光栅。
示例49：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征是非对称的，以便提供闪耀光栅。
示例50：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征具有非对称地沉积在其上的材料以便提供闪耀光栅。
示例51：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底包括第一侧面和第二侧面，并且仅所述衬底的所述第一侧面包括衍射光栅。
示例52：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述2D阵列包括方形阵列。
示例53：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征被形成在所述衬底中。
示例54：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征被形成在所述衬底上。
示例55：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征包括与所述衬底不同的材料。
示例56：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征包括抗蚀剂。
示例57：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征包括光致抗蚀剂。
示例58：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征包括具有比所述衬底的折射率更小的折射率的材料。
示例59：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述蚀刻掩模的至少一部分保持在所述衍射特征上。
示例60：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦入光学元件中，所述耦入光学元件被设置为接收来自图像源的光并且将所述光耦合到所述衬底中以在其中被引导。
示例61：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在光分布光学元件中，所述光分布光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且将所述光引导到耦出光学元件以耦出所述衬底。
示例62：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在光分布光学元件中，所述光分布光学元件被设置以接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且在所述波导内将所述光扩散出去以增加光束尺寸或眼动范围。
示例63：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦出光学元件中，所述耦出光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且将所述光耦出所述衬底。
示例64：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在组合光分布/耦出光学元件中，所述组合光分布/耦出光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光，在至少两个方向上将所述光扩散出去并且将所述光耦出所述衬底。
示例65：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在组合光瞳扩展器-提取器中，所述组合光瞳扩展器-提取器被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光，将所述光扩散出去并且将所述光耦出所述衬底。
示例66：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述2D衍射光栅包括闪耀衍射光栅，所述闪耀衍射光栅被配置为优选在至少两个方向上引导光。
示例67：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述2D衍射光栅包括在两个方向上闪耀的闪耀衍射光栅。
部分IV
示例1：一种头戴式显示器，包括：
框架，其被配置为穿戴在用户的头部；
目镜，其被安装在所述框架上，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛，所述目镜包括波导，所述波导包括衬底，所述衬底包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料；以及
多个衍射特征，其被形成在所述衬底中或所述衬底上，
其中，所述衍射特征被以二维(2D)阵列布置以形成2D衍射光栅。
示例2：一种头戴式显示器，包括：
框架，其被配置为穿戴在用户的头部；
目镜，其被安装在所述框架上，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛，所述目镜包括波导，所述波导包括衬底，所述衬底包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料；以及
多个衍射特征，其形成在所述衬底中或所述衬底上，
其中，所述衍射特征是闪耀的。
示例3：一种头戴式显示器，包括：
框架，其被配置为穿戴在用户的头部上；
目镜，其被安装在所述框架上，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛，所述目镜包括波导，所述波导包括衬底，所述衬底包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料；以及
多个衍射特征，其被形成在所述衬底中或所述衬底上，
其中，多个衍射特征被包括在组合光分布/耦出光学元件中，所述组合光分布/耦出光学元件被设置以接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光，在至少两个方向上将所述光扩散出去并且将所述光耦出所述衬底。
示例4：一种头戴式显示器，包括：
框架，其被配置为穿戴在用户的头部；
目镜，其被安装在所述框架上，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛，所述目镜包括波导，所述波导包括衬底，所述衬底包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料；以及
多个衍射特征，其被形成在所述衬底中或所述衬底上，
其中，所述多个衍射特征被包括在组合光瞳扩展器-提取器中，所述组合光瞳扩展器-提取器被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光，将所述光扩散出去并且将所述光耦出所述衬底。
示例5：一种头戴式显示器，包括：
框架，其被配置为穿戴在用户的头部；
目镜，其被安装在所述框架上，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛，所述目镜包括波导，所述波导包括衬底，所述衬底包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料；
多个衍射特征，其被形成所述衬底上，以及
层，其被设置在所述衍射特征与所述衬底之间。
示例6：根据示例5所述的头戴式显示器，其中，所述层包括与所述衬底的材料不同的材料。
示例7：根据示例5或6所述的头戴式显示器，其中，所述层包括粘合促进剂层。
示例8：根据示例5至7中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述层包括具有大于1.79的折射率的高折射率材料，所述高折射率材料包括与所述衬底的材料不同的材料。
示例9：根据示例5至7中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述层包括具有大于2.0的折射率的高折射率材料，所述高折射率材料包括与所述衬底的材料不同的材料。
示例10：根据示例5至9中的任一项所述的方法，其中，所述层包括介电层。
示例11：根据示例5所述的头戴式显示器，其中，所述层包括二氧化钛、二氧化锆、氮化硅或碳化硅。
示例12：根据示例5所述的头戴式显示器，其中，所述层包括二氧化钛。
示例13：根据示例5所述的头戴式显示器，其中，所述层包括二氧化锆。
示例14：根据示例5所述的头戴式显示器，其中，所述层包括氮化硅。
示例15：根据示例5所述的头戴式显示器，其中，所述层包括碳化硅。
示例16：根据示例5至15中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述层减少来自所述衬底的反射。
示例17：一种头戴式显示器，包括：
框架，其被配置为穿戴在用户的头部；
目镜，其被安装在所述框架上，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛，所述目镜包括波导，所述波导包括衬底，所述衬底包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料；以及
多个衍射特征，其被形成所述衬底上，
其中，所述衍射特征包括多个层、第一层和所述第一层上方的第二层。
示例18：根据示例17所述的头戴式显示器，其中，所述第一层包括介电材料。
示例19：根据示例17或18所述的头戴式显示器，其中，所述第二层包括介电材料。
示例20：根据示例17至19中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述第一层具有所述衬底与所述第二层的折射率之间的折射率。
示例21：根据示例17至20中的任一项所述的头戴式显示器，还包括：所述第二层上方的第三层。
示例22：根据示例21所述的头戴式显示器，其中，所述第三层包括介电材料。
示例23：根据示例21至22中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述第二层具有所述第一层与所述第三层的折射率之间的折射率。
示例24：根据示例17至23中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述第一层包括二氧化钛。
示例25：根据示例17至24中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述第二层包括氮化硅。
示例26：根据示例21至25中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述第三层包括二氧化硅。
示例27：根据示例17至26中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述第一层和所述第二层减少来自所述衬底的反射。
示例28：根据示例17至27中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述第一层、所述第二层和所述第二层减少来自所述衬底的反射。
示例29：一种头戴式显示器，包括：
框架，其被配置为穿戴在用户的头部；
目镜，其被安装在所述框架上，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛，所述目镜包括波导，所述波导包括衬底，所述衬底包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料；
多个衍射特征，其被形成在所述衬底上或所述衬底中；以及
在所述多个衍射特征上方的至少一层。
示例30：根据示例29所述的头戴式显示器，其中，所述至少一层包括与所述衬底的材料不同的材料。
示例31：根据示例29或30所述的头戴式显示器，其中，所述至少一层包括介电材料。
示例32：根据示例29至31中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述至少一层包括至少一层二氧化钛。
示例33：根据示例29至32中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述至少一层包括至少一层二氧化硅。
示例34：根据示例29至33中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述至少一层包括至少一层氟化镁。
示例35：根据示例29至34中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述至少一层包括多个二氧化钛层。
示例36：根据示例29至35中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述至少一层包括多个二氧化硅层。
示例37：根据示例29至36中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述至少一层包括多个氟化镁层。
示例38：根据示例29至37中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述至少一层包括交替材料层。
示例39：根据示例29至38中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述至少一层包括重复材料层。
示例40：根据示例29至39中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述至少一层减少来自所述衬底的反射。
示例41：一种头戴式显示器，包括：
框架，其被配置为穿戴在用户的头部；
目镜，其被安装在所述框架上，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛，所述目镜包括波导，所述波导包括衬底，所述衬底包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料；
衍射光学元件，其被形成在所述衬底上或所述衬底中；以及
在所述衍射光学元件上方的一个或多个反射减轻层。
示例42：根据示例41所述的头戴式显示器，其中，所述一个或多个反射减轻层包括具有比所述波导的材料的折射率更小的折射率的材料。
示例43：根据示例41所述的头戴式显示器，其中，所述一个或多个反射减轻层包括具有1.2与1.7之间的折射率的材料。
示例44：根据示例41所述的头戴式显示器，其中，所述一个或多个反射减轻层包括氟化镁。
示例45：根据示例41或44所述的头戴式显示器，其中，所述一个或多个反射减轻层包括二氧化硅。
示例46：根据示例41至43中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述一个或多个反射减轻层包括抗蚀剂。
示例47：根据示例41至46中的任一项所述的头戴式显示器，其中，多个反射减轻层被设置在所述衍射光学元件上方。
示例48：根据示例47所述的头戴式显示器，其中，更远离所述衬底的反射减轻层中的一者具有比更接近所述衬底的反射减轻层中的一者更低的折射率。
示例49：根据示例47所述的头戴式显示器，其中，最远离所述衬底的反射减轻层具有比最接近所述波导的反射减轻层更低的折射率，以及最远离所述衬底的反射减轻层与最接近所述衬底的反射减轻层之间的一个或多个反射减轻层具有最远离所述衬底的反射减轻层与最接近所述衬底的反射减轻层的折射率之间的折射率。
示例50：根据示例41至49中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述一个或多个反射减轻层在所述衍射光栅的一侧比另一侧被更多地设置。
示例51：根据示例41至49中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射光学元件的侧壁和沟槽包括可忽略量的一个或多个反射减轻层的材料。
示例52：根据示例41至49中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述反射减轻层的材料被沉积在所述衍射光学元件的多个衍射特征的顶表面上，所述顶表面与所述衬底的表面和所述衍射光学元件的沟槽的表面平行，以及其中，所述衍射光学元件的侧壁包括可忽略量的反射减轻层的材料。
示例53：根据示例41至49中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述反射减轻层的材料被沉积在所述光学元件的多个特征的水平和垂直暴露表面上。
示例54：根据示例41至53中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射光学元件上的反射减轻层被平坦化。
示例55：根据示例41至54中的任一项所述的头戴式显示器，还包括：结构稳定性提供层，其被设置在所述一个或多个反射减轻层上以增加结构稳定性。
示例56：根据示例55所述的头戴式显示器，其中，所述结构稳定性提供层包括玻璃。
示例57：根据示例55所述的头戴式显示器，其中，所述结构稳定性提供层包括在其上具有抗反射涂层的玻璃。
示例58：根据示例57所述的头戴式显示器，其中，所述玻璃上的抗反射涂层包括交替层。
示例59：根据示例58所述的头戴式显示器，其中，所述玻璃上的抗反射涂层包括TiO2和SiO2的交替层。
示例60：根据示例41至59中的任一项所述的头戴式显示器，还包括：所述反射减轻层与所述衍射光学元件的衍射特征之间的附加层。
示例61：一种头戴式显示器，包括：
框架，其被配置为穿戴在用户的头部；
目镜，其被安装在所述框架上，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛，所述目镜包括波导，所述波导包括衬底，所述衬底包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料；
衍射光学元件，其被形成在所述衬底上或所述衬底中；以及
抗反射结构，其被设置在所述衍射光学元件上方，所述抗反射结构包括被配置为减少反射的纳米结构。
示例62：根据示例61所述的头戴式显示器，其中，所述纳米结构直接在所述衍射光学元件上。
示例63：根据示例61所述的头戴式显示器，其中，所述纳米结构形成在设置在所述衍射光学元件上方的涂层中。
示例64：根据示例63所述的头戴式显示器，其中，所述涂层具有比所述衬底的折射率更小的折射率。
示例65：根据示例63或64所述的头戴式显示器，其中，所述涂层包括光致抗蚀剂。
示例66：一种头戴式显示器，包括：
框架，其被配置为穿戴在用户的头部；
目镜，其被安装在所述框架上，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛，所述目镜包括波导，所述波导包括衬底，所述衬底包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料；
衍射光学元件，其被形成在所述衬底上或所述衬底中；以及
一个或多个反射光栅被设置在所述衬底的边缘以接收在所述衬底内通过全内反射传播到所述衬底的边缘的光。
示例67：根据示例66所述的头戴式显示器，其中，所述一个或多个反射光栅被配置为将光从所述边缘重定向回来。
示例68：根据示例66或67所述的头戴式显示器，其中，所述一个或多个反射光栅被配置为将光引导回耦出光学元件，所述耦出光学元件被配置为将光从所述衬底耦出到用户。
示例69：根据示例68所述的头戴式显示器，其中，所述耦出光学元件包括具有节距的衍射光学元件，并且所述一个或多个反射光栅具有约所述耦出光学元件的节距的一半的节距。
示例70：根据示例66至69中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述一个或多个反射光栅被金属化。
示例71：一种头戴式显示器，包括：
框架，其被配置为穿戴在用户的头部；
目镜，其被安装在所述框架上，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛，所述目镜包括波导，所述波导包括衬底，所述衬底包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料；
衍射光学元件，其形成在所述衬底上或所述衬底中；以及
光提取特征被设置在所述衬底的边缘以接收在所述衬底内通过全内反射传播到所述衬底的边缘的光。
示例72：根据示例71所述的头戴式显示器，其中，所述光提取特征被配置为从所述边缘提取光。
示例73：根据示例71或72所述的头戴式显示器，其中，所述光提取特征包括衍射特征。
示例74：根据示例71至73中的任一项所述的头戴式显示器，还包括：吸收元件，其被设置在所述边缘附近以接收由所述光提取特征提取的光。
示例75：根据示例74所述的头戴式显示器，其中，所述吸收元件包括袖口、衣领、杯或袖子。
示例76：根据示例74或75所述的头戴式显示器，其中，所述吸收元件包括炭黑。
示例77：根据示例71至76中的任一项所述的头戴式显示器，还包括：包括在所述光提取特征上的吸收涂层。
示例78：一种头戴式显示器，包括：
框架，其被配置为穿戴在用户的头部；
目镜，其被安装在所述框架上，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛，所述目镜包括波导，所述波导包括衬底，所述衬底包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料；
衍射光学元件，其被形成在所述衬底上或所述衬底中；以及
具有所述衬底的至少一个结构支持层以提供增加的结构强度。
示例79：根据示例78所述的头戴式显示器，其中，所述至少一个结构支持层包括具有小于或等于1.7的折射率。
示例80：根据示例78或79所述的头戴式显示器，其中，至少一个所述结构支持层包括玻璃。
示例81：根据示例80所述的头戴式显示器，其中，至少一个所述结构支持层包括在其上具有抗反射涂层的玻璃。
示例82：根据示例78至81中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述至少所述结构支持层直接邻近所述衬底。
示例83：根据示例78至82中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述至少一个所述结构支持层填充所述衍射光学元件的多个衍射特征之间的间隔。
示例84：根据示例78至82中的任一项所述的头戴式显示器，还包括：所述至少一个结构支持层与所述衬底之间的空气。
示例85：根据示例78至82和84中的任一项所述的头戴式显示器，还包括：所述至少一个结构支持层与所述多个衍射特征之间的空气。
示例86：根据示例78至84和84和85中任一项所述的头戴式显示器，还包括：所述至少一个结构支持层与所述衬底之间的间隔物以在所述至少一个结构支持层与所述衬底之间提供空气间隙。
示例87：根据示例78至82和83至86中的任一项所述的头戴式显示器，空气间隙由聚合物层提供。
示例88：根据示例78至86中的任一项所述的头戴式显示器，其中，至少一个所述结构支持层提供抗划伤功能。
示例89：根据示例78至88中的任一项所述的头戴式显示器，其中，至少一个所述结构支持层包括低折射率涂层。
示例90：根据示例78至89中的任一项所述的头戴式显示器，其中，至少一个所述结构支持层包括抗反射玻璃。
示例91：根据示例78至90中的任一项所述的头戴式显示器，其中，至少一个所述结构支持层被设置在所述衬底的一个侧面上。
示例92：根据示例78至91中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述结构支持层包括至少两个结构支持层。
示例93：根据示例92所述的头戴式显示器，其中，所述至少两个结构支持层被设置在所述衬底的相反侧面上。
示例94：一种头戴式显示器，包括：
框架，其被配置为穿戴在用户的头部；
目镜，其被安装在所述框架上，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛，所述目镜包括波导，所述波导包括衬底，所述衬底包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料；
衍射光学元件，其被形成在所述衬底上或所述衬底中；以及
所述衍射光学元件上方的光学部件。
示例95：根据示例94所述的头戴式显示器，其中，所述光学部件与所述衍射特征接触。
示例96：根据示例94所述的头戴式显示器，还包括：所述光学部件与所述衍射特征之间的平坦化层。
示例97：根据示例94所述的头戴式显示器，还包括：所述光学部件与所述衬底之间的结构稳定性提供层。
示例98：根据示例94所述的头戴式显示器，还包括：所述光学部件与所述衬底之间的平坦化层。
示例99：根据示例94至98中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述光学部件在空间范围上至少是1厘米(cm)。
示例100：根据示例94至98中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述光学部件在空间范围上至少是多个厘米。
示例101：根据示例94至100中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述光学部件包括折射光学部件。
示例102：根据示例94至100中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述光学部件包括衍射光学部件。
示例103：根据示例94至102中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述光学部件包括透镜。
示例104：根据示例103所述的头戴式显示器，其中，所述透镜在空间范围上至少是1厘米(cm)。
示例105：根据示例103所述的头戴式显示器，其中，所述透镜在空间范围上至少是多个厘米。
示例106：根据示例103至105中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述透镜包括凸透镜。
示例107：根据示例103至105中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述透镜包括凹透镜。
示例108：根据示例103至107中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述透镜包括菲涅耳透镜。
示例109：一种头戴式显示器，包括：
框架，其被配置为穿戴在用户的头部上；
目镜，其被安装在所述框架上，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛，所述目镜包括波导，所述波导包括衬底，所述衬底包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料；以及
多个衍射特征，其被形成在所述衬底中或所述衬底上，
其中，所述衍射特征的高度、所述衍射特征的宽度、所述衍射特征的形状、所述衍射特征之间的间隔、所述衍射特征上的侧壁的倾斜或其任何组合跨所述衬底变化。
示例110：根据示例109所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征的高度、所述衍射特征的宽度、所述衍射特征的形状、所述衍射特征之间的间隔、所述衍射特征上的侧壁的倾斜或其任何组合跨所述衬底随距离逐渐变化。
示例111：根据示例109或110所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征的高度跨所述衬底随距离逐渐变化。
示例112：根据示例109至111中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征的高度跨所述衬底随距离逐渐变化。
示例113：根据示例109至112中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征的宽度跨所述衬底随距离变化。
示例114：根据示例109至113中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征的宽度跨所述衬底随距离逐渐变化。
示例115：根据示例109至114中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征的形状跨所述衬底随距离变化。
示例116：根据示例109至115中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征的形状跨所述衬底随距离逐渐变化。
示例117：根据示例109至116中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征之间的间隔跨所述衬底随距离变化。
示例118：根据示例109至117中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征之间的间隔跨所述衬底随距离逐渐变化。
示例119：根据示例109至118中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征上的侧壁的倾斜跨所述衬底随距离变化。
示例120：根据示例109至119中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征上的侧壁的倾斜跨所述衬底随距离逐渐变化。
示例121：根据示例109至120中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征上的侧壁的倾斜跨所述衬底随距离逐渐变化。
示例122：根据示例109所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征的高度、所述衍射特征的宽度、所述衍射特征的形状、所述衍射特征之间的间隔、所述衍射特征上的侧壁的倾斜或其任何组合跨所述衬底随距离在一个方向上逐渐变化并且然后在相反的方向上逐渐变化。
示例123：一种头戴式显示器，包括：
框架，其被配置为穿戴在用户的头部；
目镜，其被安装在所述框架上，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛，所述目镜包括波导，所述波导包括衬底，所述衬底包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料；以及
多个衍射特征，其被形成在所述衬底中或所述衬底上，
其中，所述衬底是有色的。
示例124：一种头戴式显示器，包括：
框架，其被配置为穿戴在用户的头部；
目镜，其被安装在所述框架上，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛，所述目镜包括波导，所述波导包括衬底，所述衬底包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料；以及
多个衍射特征，其被形成在所述衬底中或所述衬底上，
其中，所述衍射特征在高度方面在10nm与50nm之间。
示例125：一种头戴式显示器，包括：
框架，其被配置为穿戴在用户的头部；
目镜，其被安装在所述框架上，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛，所述目镜包括波导，所述波导包括衬底，所述衬底包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料；以及
多个衍射特征，其被形成所述衬底上，
其中，所述衍射特征包括具有至少1.8的折射率的材料，所述材料与所述衬底的材料不同。
示例126：一种头戴式显示器，包括：
框架，其被配置为穿戴在用户的头部；
目镜，其被安装在所述框架上，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛，所述目镜包括波导，所述波导包括衬底，所述衬底包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料；
多个衍射特征，其被形成在所述衬底中或所述衬底上，以及
所述衍射特征上方的平坦化层。
示例127：根据示例126所述的头戴式显示器，其中，所述平坦化层具有小于1.6的折射率。
示例128：一种头戴式显示器，包括：
框架，其被配置为穿戴在用户的头部；
目镜，其被安装在所述框架上，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛，所述目镜包括波导，所述波导包括衬底，所述衬底包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料；
衍射光学元件，其被形成在所述衬底中或所述衬底上，以及
抗反射涂层，其在所述衬底的相反侧上作为所述衍射光学元件的。
示例129：一种头戴式显示器，包括：
框架，其被配置为穿戴在用户的头部；
目镜，其被安装在所述框架上，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛，所述目镜包括波导，所述波导包括衬底，所述衬底包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料；以及
多个衍射特征，其被形成在所述衬底中或所述衬底上，
其中，第一衍射光学元件和第二衍射光学元件被设置在所述波导的第一和第二相反面上。
示例130：根据示例129所述的方法，其中，所述第一衍射光学元件的多个衍射特征与所述第二衍射光学元件的多个衍射特征偏移。
示例131：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射光学元件或衍射光栅包括闪耀光栅。
示例132：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述多个衍射特征形成衍射光栅，并且所述衍射光栅包括闪耀光栅。
示例133：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述多个衍射特征是非对称的，以便提供闪耀光栅。
示例134：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述多个衍射特征具有非对称地沉积在其上的材料以便提供闪耀光栅。
示例135：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衬底包括第一侧面和第二侧面，并且仅所述衬底的所述第一侧面包括衍射光栅。
示例136：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征被以1D阵列布置。
示例137：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征被以2D阵列布置。
示例138：根据示例137所述的头戴式显示器，其中，所述2D阵列包括方形阵列。
示例139：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射光学元件或衍射光栅包括1D阵列。
示例140：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射光学元件或衍射光栅包括2D阵列。
示例141：根据示例140所述的头戴式显示器，其中，所述2D阵列包括方形阵列。
示例142：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衬底材料包括铌酸锂。
示例143：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衬底材料包括碳化硅。
示例144：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衬底材料具有至少2.1的折射率。
示例145：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衬底材料具有至少2.2的折射率。
示例146：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衬底材料具有至少2.3的折射率。
示例147：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征包括与所述衬底不同的材料。
示例148：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征具有小于1.8的折射率的材料。
示例149：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征是由间隔分隔的并且所述间隔包括所述衬底材料的暴露区域。
示例150：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征是由间隔分隔的并且所述衍射特征之间的所述间隔不被所述材料层覆盖。
示例151：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征是由间隔分隔的并且所述衍射特征之间的所述间隔包括所述衬底材料的暴露区域。
示例152：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征中的至少一些具有倾斜侧壁。
示例153：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征中的至少一些具有梯形剖面。
示例154：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述波导被包括在用于头戴式显示器的目镜中的波导的堆叠中。
示例155：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述多个衍射特征被包括在耦入光学元件中，所述耦入光学元件被设置为接收来自图像源的光并且将所述光耦合到所述衬底中以在其中被引导。
示例156：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述多个衍射特征被包括在耦出光学元件中，所述耦出光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且将所述光耦出所述衬底到穿戴所述头戴式显示器的用户的眼睛。
示例157：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衬底包括相对的第一侧面和第二侧面。
示例158：根据示例157所述的头戴式显示器，在所述头戴式显示器被穿戴时，所述第二侧面被比所述第一侧更接近穿戴者的眼睛设置。
示例159：根据示例157或158所述的头戴式显示器，其中，所述多个衍射特征被设置在所述衬底的所述第一侧面上。
示例160：根据示例157至159中的任一项所述的头戴式显示器，还包括：附加的多个衍射特征，其被形成在所述衬底的第二相反侧面上在所述衬底中或所述衬底上。
示例161：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衬底包括第一侧面和第二侧面，并且仅所述衬底的所述第一侧面包括衍射光栅。
示例162：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征被形成在所述衬底中。
示例163：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征被形成在所述衬底上。
示例164：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征包括与所述衬底不同的材料。
示例165：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征包括聚合物。
示例166：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征包括抗蚀剂。
示例167：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征包括光致抗蚀剂。
示例168：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征包括具有比所述衬底的折射率更小的折射率的材料。
示例169：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述多个衍射特征被包括在耦入光学元件中，所述耦入光学元件被设置为接收来自图像源的光并且将所述光耦合到所述衬底中以在其中被引导。
示例170：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述多个衍射特征被包括在光分布光学元件中，所述光分布光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且将所述光引导到耦出光学元件以耦出所述衬底。
示例171：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述多个衍射特征被包括在光分布光学元件中，所述光分布光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且在所述波导内将所述光扩散出去以增加光束尺寸或眼动范围。
示例172：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述多个衍射特征被包括在耦出光学元件中，所述耦出光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且将所述光耦出所述衬底。
示例173：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述多个衍射特征被包括在组合光分布/耦出光学元件中，所述组合光分布/耦出光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光，在至少两个方向上将所述光扩散出去并且将所述光耦出所述衬底。
示例174：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述多个衍射特征被包括在组合光瞳扩展器-提取器中，所述组合光瞳扩展器-提取器被设置以接收来自在所述衬底中引导的图像源的光、将所述光扩散出去并且将所述光耦出所述衬底。
示例175：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征或衍射光栅包括闪耀衍射光栅，所述闪耀衍射光栅被配置为优选在至少两个方向上引导光。
示例176：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征或衍射光栅包括在两个方向上闪耀的闪耀衍射光栅。
示例177：一种头戴式显示器，包括：
框架，其被配置为穿戴在用户的头部；
目镜，其被安装在所述框架上，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛，所述目镜包括波导，所述波导包括衬底，所述衬底包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料；以及
多个衍射特征，其被形成在所述衬底上，
其中，所述衍射特征包括聚合物。
示例178：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衬底材料包括铌酸锂。
示例179：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衬底材料包括碳化硅。
示例180：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衬底材料具有至少2.1的折射率。
示例181：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衬底材料具有至少2.2的折射率。
示例182：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衬底材料具有至少2.3的折射率。
示例183：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征包括与所述衬底不同的材料。
示例184：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征包括具有小于1.8的折射率的材料。
示例185：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征被以1D阵列布置。
示例186：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征被以2D阵列布置。
示例187：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征是闪耀的。
示例188：根据上述示例中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述衍射特征在两个方向上是闪耀的。
附图说明
图1是示例增强现实场景。
图2示出了可穿戴显示系统的示例。
图3示出了用于为用户模拟三维影像的常规显示系统。
图4示出了使用多个深度平面模拟三维影像的方法的各方面。
图5A-5C示出了距离和光线发散之间的关系。
图6示出了用于将图像信息输出给用户的波导堆叠的示例。
图7示出了由波导输出的出射光束的示例。
图8示出了堆叠波导组件的示例。
图9A是多个堆叠波导的示例的剖面侧视图。
图9B是图9A的多个堆叠波导的示例的透视图。
图9C是图9A和9B的多个堆叠波导的示例的俯视平面图。
图10A是对包括具有高折射率的材料的波导进行图案化的示例方法。
图10B是制造包括高折射率材料的图案化波导的示例方法。
图10C是制造包括高折射率材料的图案化波导的示例方法。
图10D是包括高折射率材料的波导的实施方式。
图11A是使用蚀刻掩模直接对包括LiNbO3的波导进行图案化的示例方法。
图11B是使用蚀刻掩模直接对包括LiNbO3的波导进行图案化的示例方法。
图11C是使用蚀刻掩模直接对包括LiNbO3的波导进行图案化的示例方法。
图11D示出了使用蚀刻掩模直接对包括LiNbO3的波导进行图案化的方法。
图12A是设置在波导的表面上的图案化的倾斜可图案化层的示例。
图12B-1和12B-2示出了制造包括用作正掩模的光栅特征的波导的示例方法。
图12C示出了制造包括用作负掩模的光栅特征的波导的示例方法。
图13A是用于压印抗蚀剂材料的光栅压印模板。
图13B-13D示出了制造包括具有不同高度的特征的波导的各个步骤。
图14A和14B示出了包括特征的示例聚合物层。
图15A和15B示出了制造具有光栅图案的波导的各个步骤。
图16A-1是包括多层涂层的示例波导。
图16A-2是包括多个特征的示例波导。
图16B-1示出了用于制造波导的示例蚀刻掩模。
图16B-2a和16B-2b是包括多个特征的示例波导。
图16C-1是可以被蚀刻以形成图16C-2所示的波导的示例波导。
图16C-2是包括多个特征的示例波导。
图17A-17E示出了沉积具有特定折射率的材料的各种示例方法。
图18A-18D是包括多个特征的各种示例波导。
图19A-19D是包括设置在多个特征上方的平坦化层的各种示例波导。
图20A和20B是在平坦化层与多个特征之间包括高折射率材料的各种示例波导。
图21是包括光学元件的示例波导。
图22A-22D是包括具有特定折射率的材料的各种示例波导。
图23A-23C示出了用于在多个特征上沉积反射减轻层的各种示例沉积技术。
图24A-24H示出了被提供在光学元件上方的各种示例涂层或结构。
图25A和25B是被配置为消除或减少光的各种示例波导。
图26A-26G是具有一个或多个结构稳定层的各种示例波导。
图27A-27F是与各种透镜集成的各种示例波导。
图28A-28D是包括衍射光学元件的衍射特征的各种示例设备。
图29A是可图案化材料的示例分级层。
图29B是随着横向位置逐渐增加的示例衬底。
图30A-30C是包括衍射特征的示例光学设备。
图31是包括衍射特征的示例光学设备。
图32是包括衍射特征的示例光学设备。
图33A是包括衍射特征的示例设备的剖面侧视图。
图33B是图33A的示例设备的俯视图。
图34是包括2D阵列的衍射特征的示例设备的透视图。
图35A是对称衍射特征的示例阵列的剖面侧视图。
图35B是图35A的示例阵列的俯视图。
图36是包括2D阵列的衍射特征的示例设备的透视图。
图36A是包括衍射特征的示例设备的剖面侧视图。
图36B是图36A的示例设备的俯视图。
图37A是包括2D阵列的衍射特征的示例设备的透视图。
图37B示出了在两个方向上引导光的示例衍射特征。
图38A示出了形成闪耀光栅的示例方法。
图38B示出了形成闪耀衍射特征的示例方法。
图39示出了形成闪耀衍射特征的示例方法。
提供附图以图示示例实施例，并且不旨在限制本公开的范围。相同附图标记自始至终指代相同部分。
具体实施方式
可以通过具有对应于多个深度平面的图像被提供给观看者的显示器的显示系统提供VR和AR体验。图像对于每个深度平面可能是不同的(例如提供场景或对象的稍微不同的呈现)，并且可能会被观看者眼睛分开聚焦，从而有助于基于眼睛的适应向用户提供深度提示。眼睛的适应可以使位于场景中的不同深度平面上的不同内容对准焦点。如本文所讨论的，这样的深度提示有助于通过观看者提供可信的深度感。
在一些配置中，针对各种深度平面可以通过重叠各自具有特定分量颜色的分量图像形成全色图像。例如，红色、绿色、和蓝色图像可以各自被输出以形成每个全色图像。因此，每个深度平面可以具有与其相关联的多个分量颜色图像。如本文所公开的，可以使用波导输出分量颜色图像，该波导耦入包含图像信息的光，将所耦入光分布在波导上，并且然后朝向观看者耦出光。可以使用耦入光学元件将光耦入到波导中，诸如衍射元件(例如，衍射光栅)，并且然后使用耦出光学元件耦出波导，该耦出光学元件也可以是衍射元件，诸如光栅。
在一些实施方式中，来自包括具有高折射率材料的材料(例如，具有比玻璃的折射率更大的折射率的材料和/或具有大于或等于约1.8的折射率的材料)的材料的一个或多个波导的光可以在与来自包括例如玻璃或具有小于约1.8的折射率的其他材料的材料的一个或多个波导的耦出光的角范围相比较更宽的角范围上耦出。因此，包括具有高折射率材料(例如，具有比玻璃的折射率更大的折射率的材料和/或具有大于或等于约1.8的折射率的材料)的一个或多个波导的显示设备的视场可以比包括一个或多个玻璃波导或包括具有小于约1.8的折射率的材料的一个或多个波导的显示设备的视场更大。
此外，不同波长的入射光被耦入到包括具有高折射率材料(例如，具有比玻璃的折射率更大的折射率的材料和/或具有大于或等于约1.8的折射率的材料)的材料的单个波导中的效率可以比不同波长的入射光被耦入到包括玻璃或具有小于约1.8的折射率的材料的单个波导中的效率更大。例如，在本文所描述的显示设备的各种实施方式中，包括具有高折射率材料(例如，具有比玻璃的折射率更大的折射率的材料和/或具有大于或等于约1.8的折射率的材料)的材料的单个波导可能能够有效耦入从投影仪发射的红色、绿色和蓝色图像光，并且朝向具有增加的视场的观看者投射红色、绿色和蓝色图像。在显示设备的一些实施方式中，包括具有高折射率材料(例如，具有比玻璃的折射率更大的折射率的材料和/或具有大于或等于约1.8的折射率的材料)的材料的单个波导可能能够有效耦入两种颜色，例如，从投影仪发射的红色和绿色或绿色和蓝色图像光，并且朝向具有增加的视场的观看者投射那些图像(例如，红色和绿色或绿色和蓝色图像)。在各种实施方式中，单个耦入光学元件可用于将两种或两种以上颜色的光耦入到包括具有高折射率材料(例如，具有比玻璃的折射率更大的折射率的材料和/或具有大于或等于约1.8的折射率的材料)的材料的单个波导中。在一些实施方式中，被配置为耦入不同颜色的光的不同耦入光学元件可以将两种或两种以上颜色的光耦入到包括具有高折射率材料(例如，具有比玻璃的折射率更大的折射率的材料和/或具有大于或等于约1.8的折射率的材料)的材料的单个波导中。在各种实施例中，耦入光学元件可以包括一维、二维或三维光栅。在各种实施方式中，光栅可以具有约300nm与约450nm之间的短轴节距。在一些实施例中，耦入光学元件的光栅的长轴节距可以在约300nm与约900nm之间。在各种实施例中，耦入光学元件的占空比/填充因子可以在约10％与约90％之间。在各种实施例中，耦入光学元件的光栅的高度或深度可以在约5nm与约500nm之间。耦入光学元件的光栅结构可以包括具有各种形状的特征，诸如线、柱、斜线或柱、锯齿、阶梯等。柱可以具有各种形状，包括但不限于圆形、正方形、矩形、椭圆形、三角形、多边形。
因此，包括具有具有高折射率材料(例如，具有比玻璃的折射率更大的折射率的材料和/或具有大于或等于约1.8的折射率的材料)的材料的一个或多个波导的显示系统可以是有吸引力的。本申请描述了在一个或多个波导的一个或多个表面上制造光栅结构或衍射光学元件的系统和方法，该波导包括具有高折射率材料(例如，具有比玻璃的折射率更大的折射率的材料和/或具有大于或等于约1.8的折射率的材料)的材料，以及可以利用这样的光栅或衍射光学元件的产生的设备。
现在将参考附图，在附图中，相同的参考标号始终指代相同的部分。
图2示出了可穿戴显示系统60的示例。显示系统60包括显示器70，以及支持该显示器70的功能的各种机械及电子模块和系统。显示器70可以被耦接到框架80，该框架80可由显示系统用户或观看者90穿戴，并且被配置为将显示器70定位在用户90的眼前。在一些实施例中，显示器70可以被视为眼镜。在一些实施例中，扬声器100被耦接到框架80并且被配置为被定位在用户90的耳道附近(在一些实施例中，另一扬声器(未示出)可以选择性地被定位在用户的另一耳道附近以提供立体/可塑形的声音控制)。显示系统还可以包括一个或多个麦克风110或其它检测声音的设备。在一些实施例中，麦克风被配置为允许用户向系统60提供输入或命令(例如，语音菜单命令的选择、自然语言问题等)和/或可以允许与其它人(例如，与类似显示系统的其他用户)进行音频通信。麦克风还可被配置为外围传感器以收集音频数据(例如，来自用户和/或环境的声音)。在一些实施例中，显示系统还可以包括外围传感器120a，该外围传感器120a可以与框架80分离并且被附接到用户90的身体(例如，用户90的头部、躯干、四肢等上)。在一些实施例中，外围传感器120a可被配置为获取表征用户90的生理状态的数据。例如，传感器120a可以是电极。
继续参考图2，显示器70通过通信链路130，诸如通过有线引线或无线连接，被可操作地耦接到本地数据处理模块140，本地数据处理模块140可以以各种配置安装，诸如固定地附接到框架80，固定地附接到用户戴的头盔或帽子，嵌入耳机中，或以其它方式可移除地附接到用户90(例如，采取背包式配置，采取束带耦接式配置)。类似地，传感器120a可以通过通信链路120b，例如通过有线引线或无线连接，被可操作地耦接到本地处理和数据模块140。本地处理和数据模块140可以包括硬件处理器以及数字存储器，诸如非易失性存储器(例如，闪存或硬盘驱动器)，这两者都可用于辅助处理、缓存和存储数据。这些数据包括：a)从通过传感器(其例如可以被可操作地耦接到框架80或以其它方式附接到用户90)捕获的数据，这些传感器诸如图像捕获设备(诸如相机)、麦克风、惯性测量单元、加速度计、指南针、GPS单元、无线电设备、陀螺仪和/或本文公开的其它传感器；和/或b)使用远程处理模块150和/或远程数据存储库160获取和/或处理的数据(包括有关虚拟内容的数据)，这些数据可以在被执行完这样的处理或检索之后传送到显示器70。本地处理和数据模块140可以通过通信链路170、180，诸如经由有线或无线通信链路，被可操作地耦接到远程处理模块150和远程数据存储库160，以使得这些远程模块150、160被可操作地彼此耦接，并且作为资源可用于本地处理和数据模块140。在一些实施例中，本地处理和数据模块140可以包括图像捕获设备、麦克风、惯性测量单元、加速度计、指南针、GPS单元、无线电设备和/或陀螺仪中的一者或多者。在一些其它实施例中，这些传感器中的一者或多者可以被附接到框架80，或者可以是通过有线或无线通信路径与本地处理和数据模块140通信的独立结构。
继续参考图2，在一些实施例中，远程处理模块150可以包括被配置为分析和处理数据和/或图像信息的一个或多个处理器。在一些实施例中，远程数据存储库160可以包括数字数据存储设施，该数字数据存储设施可以通过因特网或“云”资源配置中的其它网络配置获得。在一些实施例中，远程数据存储库160可以包括一个或多个远程服务器，该一个或多个远程服务器向本地处理和数据模块140和/或远程处理模块150提供信息，例如用于生成增强现实内容的信息。在一些实施例中，在本地处理和数据模块中存储所有数据并执行所有计算，允许从远程模块完全自主地使用。
现在参考图3，可以通过向观看者的每只眼睛提供略微不同的图像的呈现来实现将图像感知为“三维”或“3-D”。图3示出了用于为用户模拟三维影像的常规显示系统。向用户输出两个有区别的图像190、200，每只眼睛210、220一个图像。图像190、200沿着与观看者的视线平行的光轴或z轴与眼睛210、220相隔距离230。图像190、200是平坦的，眼睛210、220可以通过假设单个调节状态而聚焦在图像上。这样的3D显示系统依赖于人类视觉系统来合成图像190、200以提供合成图像的深度感和/或缩放感。
然而，应当理解，人类视觉系统更复杂的并且提供逼真的深度感更具挑战性的。例如，常规的“3-D”显示系统的许多观看者发现这样的系统不舒服或者根本无法感知到深度感。不受理论的限制，可以认为由于辐辏和调节的组合对象的观看者可能将对象感知为“三维的”。两只眼睛相对于彼此的辐辏运动(即，使得瞳孔彼此靠近或远离以使眼睛的视线会聚而固定在对象上的眼睛旋转)与眼睛晶状体和瞳孔的聚焦(或“调节”)密切相关。在静息情况下，根据被称为“调节-辐辏反射”的关系更改眼睛晶状体的焦点或调节眼睛以将焦点从一个对象改变到不同距离处的另一对象将自动导致到同一距离的辐辏匹配变化，以及瞳孔放大或收缩。同样，在静息情况下，辐辏变化将引发晶状体形状和瞳孔大小的调节中的匹配变化。如本文所述，许多立体或“3D”显示系统使用略微不同的呈现(并因此使用略微不同的图像)向每只眼睛显示场景，以使得人类视觉系统感知到三维透视。然而，这些系统对于许多观看者来说是不舒服的，因为它们尤其是仅提供场景的不同呈现，但是眼睛在单个调节状态下观看所有图像信息，并且违反“调节-辐辏反射”起作用。在调节与辐辏之间提供更好匹配的显示系统可以形成更逼真和舒适的三维影像模拟。
图4示出了使用多个深度平面模拟三维影像的方法的各方面。参考图4，z轴上相对于眼睛210、220在不同距离处的对象由眼睛210、220调节，以使这些对象处于聚焦状态。眼睛210、220呈现特定的调节状态，以沿z轴不同距离处的对聚。因此，可以认为特定的调节状态与深度平面40中的特定一者相关联，具有相关联的焦距，以使得当眼睛针对特定深度平面处于调节状态时，该特定深度平面中的对象或对象的一部分处于聚焦状态。在一些实施例中，可以通过为每只眼睛210、220提供图像的不同呈现，并且还通过提供与每个深度平面相对应的图像的不同呈现来模拟三维影像。尽管为了清楚地说明而示出为是分开的，但是应当理解，眼睛210、220的视场可以重叠，例如在沿z轴的距离增加时。此外，尽管为了便于说明而示出为平坦的，但是应当理解，深度平面的轮廓在物理空间中可以是弯曲的，以使得深度平面中的所有特征在眼睛处于特定调节状态时处于聚焦状态。
如眼睛所看到的，对象与眼睛210或220之间的距离也可以改变来自对象的光的发散量。图5A至5C示出了距离与光线发散之间的关系。对象与眼睛210之间的距离按照递减的次序由距离R1、R2和R3表示。如图5A至5C所示，随着到对象的距离减小，光线变得更加发散。随着距离的增加，光线变得更加准直。换句话说，可以认为由点(对象或对象的一部分)产生的光场具有球面波前曲率，其是该点相对于用户眼睛的距离的函数。随着对象与眼睛210之间的距离减小，曲率增加。因此，在不同的深度平面处，光线的发散程度也不同，发散度随着深度平面与观看者眼睛210之间的距离的减小而增加。尽管为了在图5A至5C和本文中的其它图中清楚地说明而仅示出单只眼睛210，但是应当理解，有关眼睛210的讨论可以应用于观看者的双眼210和220。
不受理论的限制，可以认为人眼通常可以解释有限数量的深度平面以提供深度感。因此，可以通过向眼睛提供与这些有限数量的深度平面中的每一者相对应的图像的不同呈现来实现高度可信的感知深度模拟。不同的呈现可以由观看者的眼睛单独聚焦，从而有助于基于使不同深度平面上的场景的不同图像特征聚焦所需的眼睛调节和/或基于观察到不同深度平面上的不同图像特征处于失焦来为用户提供深度线索。
图6示出了用于将图像信息输出给用户的波导堆叠的示例。显示系统250包括波导堆叠或堆叠波导组件260，其可用于使用多个波导270、280、290、300、310向眼睛/大脑提供三维感知。在一些实施例中，显示系统250是图2的系统60，图6更详细地示意性地示出了该系统60的一些部分。例如，波导组件260可以是图2的显示器70的一部分。将理解，在一些实施例中，显示系统250可以被视为光场显示器。此外，波导组件260也可被称为目镜。
继续参考图6，波导组件260还可以包括在波导之间的多个特征320、330、340、350。在一些实施例中，特征320、330、340、350可以是一个或多个透镜。波导270、280、290、300、310和/或多个透镜320、330、340、350可被配置为以各种水平的波前曲率或光线发散度向眼睛发送图像信息。每个波导水平可以与特定深度平面相关联，并且可被配置为输出与该深度平面相对应的图像信息。图像注入设备360、370、380、390、400可以用作波导的光源，并且可用于将图像信息注入波导270、280、290、300、310内，如本文所述，波导270、280、290、300、310中的每一者可以被配置将入射光分布在每个相应的整个波导上以便朝着眼睛210输出。光从图像注入设备360、370、380、390、400的输出表面410、420、430、440、450射出，并且被注入波导270、280、290、300、310的对应的输入表面460、470、480、490、500内。在一些实施例中，输入表面460、470、480、490、500中的每一者可以是对应的波导的边缘，或者可以是对应的波导的主表面的一部分(即，直接面向世界510或观看者眼睛210的波导表面中的一者)。在一些实施例中，可以将单个光束(例如准直后光束)注入每个波导内以输出克隆的准直后光束的整个场，这些准直后光束以对应于与特定波导相关联的深度平面的特定角度(和发散量)朝向眼睛210被引导。在一些实施例中，图像注入设备360、370、380、390、400中的单个设备可以与波导270、280、290、300、310中的多者(例如三者)相关联并将光注入该波导270、280、290、300、310中的多者(例如三者)内。
在一些实施例中，图像注入设备360、370、380、390、400是分立的显示器，每个显示器产生用于分别注入对应的波导270、280、290、300、310内的图像信息。在一些其它实施例中，图像注入设备360、370、380、390、400是单个复用显示器的输出端，该复用显示器例如可以经由一个或多个光学导管(诸如光纤光缆)将图像信息管道传输到图像注入设备360、370、380、390、400中的每一者。将理解，由图像注入设备360、370、380、390、400提供的图像信息可以包括不同波长或颜色(例如，如本文所讨论的不同的分量颜色)的光。
在一些实施例中，注入波导270、280、290、300、310内的光由光投影系统520提供，光投影仪系统520包括光模块540，其可以包括诸如发光二极管(LED)之类的光发射器。来自光模块540的光可以经由分束器550被光调制器530(例如，空间光调制器)引导和修改。光调制器530可被配置为改变注入波导270、280、290、300、310内的光的感知强度。空间光调制器的示例包括液晶显示器(LCD)，其包括硅基液晶(LCOS)显示器。将理解，图像注入设备360、370、380、390、400被示意性地示出，在一些实施例中，这些图像注入设备可以表示公共投影系统中的不同光路和位置，该公共投影系统被配置为将光输出到与波导270、280、290、300、310中的关联的一者内。
在一些实施例中，显示系统250可以是扫描光纤显示器，其包括一个或多个扫描光纤，这些扫描光纤被配置为以各种图案(例如，光栅扫描、螺旋扫描、利萨如图案等)将光投射到一个或多个波导270、280、290、300、310被并最终投射到观看者的眼睛210。在一些实施例中，所示图像注入设备360、370、380、390、400可示意性地表示单个扫描光纤或扫描光纤束，该单个扫描光纤或扫描光纤束被配置为将光注入波导270、280、290、300、310中的一者或多者内。在一些其它实施例中，所示的图像注入设备360、370、380、390、400可以示意性地表示多个扫描光纤或多个扫描光纤束，该多个扫描光纤或多个扫描光纤束中的每一者被配置为将光注入波导270、280、290、300、310中的关联的一者内。应当理解，一个或多个光纤可被配置为将光从光模块540透射到一个或多个波导270、280、290、300、310。应当理解，可以在一个或多个扫描光纤与一个或多个波导270、280、290、300、310之间提供一个或多个中间光学结构，以例如将从扫描光纤出射的光重定向到一个或多个波导270、280、290、300、310内。
控制器560控制堆叠波导组件260中的一者或多者的操作，包括图像注入设备360、370、380、390、400、光源540和光调制器530的操作。在一些实施例中，控制器560是本地数据处理模块140的一部分。控制器560包括编程(例如，非暂时性介质中的指令)，其根据例如本文公开的多种方案中的任一项来调节图像信息到波导270、280、290、300、310的定时和提供。在一些实施例中，控制器可以是单个集成设备，或者是通过有线或无线通信信道连接的分布式系统。在一些实施例中，控制器560可以是处理模块140或150(图2)的一部分。
继续参考图6，波导270、280、290、300、310可被配置为通过全内反射(TIR)在每个相应的波导内传播光。波导270、280、290、300、310可以各自是平面的或具有另一形状(例如，弯曲的)，其具有主要的顶部表面和底部表面以及在这些主要的顶部表面与底部表面之间延伸的边缘。在所示的配置中，波导270、280、290、300、310可各自包括耦出光学元件570、580、590、600、610，该耦出光学元件570、580、590、600、610被配置为通过将在每个相应的波导内传播的光重定向出波导来从波导中提取光，从而向眼睛210输出图像信息。所提取的光也可以被称为耦出光，并且耦出光学元件也可以被称为光提取光学元件。在波导内传播的光照射光提取光学元件的位置处，可以由波导输出所提取的光束。耦出光学元件570、580、590、600、610例如可以是光栅，其包括本文进一步所讨论的衍射光学特征。尽管为了便于描述和描绘清楚而示出了耦出光学元件570、580、590、600、610被设置在波导270、280、290、300、310的底部主表面处，但是在一些实施例中，如本文进一步所讨论的，耦出光学元件570、580、590、600、610可以被设置在顶部主表面和/或底部主表面，和/或可以直接被设置在波导270、280、290、300、310的体中。在一些实施例中，耦出光学元件570、580、590、600、610可以在附接到透明基板的材料层中被形成，从而形成波导270、280、290、300、310。在一些其它实施例中，波导270、280、290、300、310可以是整块材料，并且耦出光学元件570、580、590、600、610可以被形成在该块材料的表面上和/或该块材料的内部中。
继续参考图6，如本文所讨论的，每个波导270、280、290、300、310被配置为输出光以形成对应于特定深度平面的图像。例如，最靠近眼睛的波导270可被配置为准直后光(该光被注入这种波导270内)传送到眼睛210。该准直后光可以代表光学无限远焦平面。下一上行波导280可被配置为发出准直后光，该准直后光在能到达眼睛210之前传播通过第一透镜350(例如，负透镜)。这样的第一透镜350可被配置为产生微凸的波前曲率，以使得眼睛/大脑将来自下一上行波导280的光解释为来自从光学无限远向内较接近眼睛210的第一焦平面。类似地，下一第三上行波导290使其输出光在到达眼睛210之前传播通过第一透镜350和第二透镜340。第一透镜350和第二透镜340的组合光焦度可被配置为产生另一波前曲率增量，以使得眼睛/大脑将来自第三波导290的光解释为来自从光学无限远向内更加靠近人的第二焦平面的光，而不是来自下一上行波导280的光。
其它波导层300、310和透镜330、320被类似地配置，其中堆叠中的最高波导310通过其与眼睛之间的所有透镜发送其输出，以获得代表与人最接近的焦平面的总焦度。为了在观察/解释来自堆叠波导组件260的另一侧面上的世界510的光时补偿透镜堆叠320、330、340、350，可以在堆叠的顶部处设置补偿透镜层620以补偿下面的透镜堆叠320、330、340、350的总焦度。这种配置提供与可用的波导/透镜配对一样多的感知焦平面。波导的耦出光学元件和透镜的聚焦方面两者可以是静态的(即，不是动态的或电活性的)。在一些备选实施例中，通过使用电活性特征，它们中的一者或两者可以是动态的。
在一些实施例中，波导270、280、290、300、310中的两者或更多者可具有相同的关联深度平面。例如，多个波导270、280、290、300、310可被配置为将图像集输出到相同的深度平面，或者波导270、280、290、300、310的多个子集可被配置为将图像集输出到相同的多个深度平面，每个深度平面一个图像集。这可以提供形成拼接图像以在那些深度平面上提供扩展的视场的优势。
继续参考图6，耦出光学元件570、580、590、600、610可被配置为既将光重定向出它们各自的波导又针对与波导相关联的特定深度平面以适当的发散量或准直度来输出该光。因此，具有不同的关联深度平面的波导可以具有不同的耦出光学元件570、580、590、600、610的配置，这些耦出光学元件570、580、590、600、610取决于关联深度平面以不同的发散量输出光。在一些实施例中，光提取光学元件570、580、590、600、610可以是体特征或表面特征，其可被配置为以特定角度输出光。例如，光提取光学元件570、580、590、600、610可以是体全息图、表面全息图和/或衍射光栅。在一些实施例中，特征320、330、340、350可以不是透镜。相反，它们可以仅仅是间隔物(例如，包层和/或用于形成气隙的结构)。
在一些实施例中，耦出光学元件570、580、590、600、610是形成衍射图案的衍射特征，或“衍射光学元件”(在本文中也被称为“DOE”)。优选地，DOE具有足够低的衍射效率，以使得只有光束的一部分借助DOE的每个交叉点朝着眼睛210偏转离开，而其余部分经由TIR继续行进通过波导。因此，携带图像信息的光被分成多个相关的出射光束，这些出射光束在多个位置处从波导出射，结果是针对在波导内四处弹跳的特定准直后光束的，朝着眼睛210的相当均匀的出射图案。
在一些实施例中，一个或多个DOE可以是在积极衍射的“接通”状态与不明显衍射的“关断”状态之间可切换的。例如，可切换的DOE可以包括聚合物分散液晶层，其中微滴在主体介质中包括衍射图案，并且微滴的折射率可以被切换为基本匹配主体材料的折射率(在这种情况下，图案不会明显地衍射入射光)或者微滴可以被切换到与主体介质的折射率不匹配的折射率(在这种情况下，图案积极地衍射入射光)。
在一些实施例中，可提供相机组件630(例如，数码相机，包括可见光和红外光相机)以捕获眼睛210和/或眼睛210周围的组织的图像，从而例如检测用户输入和/或监测用户的生理状态。如本文所使用的，相机可以是任何图像捕获设备。在一些实施例中，相机组件630可以包括图像捕获设备和光源，以将光(例如，红外光)投射到眼睛，然后光可以由眼睛反射并被图像捕获设备检测。在一些实施例中，相机组件630可以被附接到框架80(图2)并且可以与处理模块140和/或150电通信，该处理模块140和/或150可以处理来自相机组件630的图像信息。在一些实施例中，可以针对每只眼睛使用一个相机组件630以分别监测每只眼睛。
现在参考图7，示出了由波导输出的出射光束的示例。示出了一个波导，但是将理解，波导组件260(图6)中的其它波导可以发挥类似的作用，其中波导组件260包括多个波导。光640在波导270的输入表面460处被注入波导270内，并通过TIR在波导270内传播。在光640照射DOE 570的点处，光的一部分作为出射光束650从波导出射。出射光束650被示为基本上平行，但是如本文所讨论的，它们也可以被重定向为以一定角度(例如，形成发散的出射光束)传播到眼睛210，该角度取决于与波导270相关联的深度平面。将理解，基本上平行的出射光束可以指示具有耦出光学元件的波导，该光学元件将光耦出以形成看起来被设置在距离眼睛210较远距离(例如，光学无限远)处的深度平面上的图像。其它波导或其它耦出光学元件组可以输出更加发散的出射光束图案，该更加发散的出射光束图案将需要眼睛210适应更近的距离以将其聚焦在视网膜上，并且将被大脑解释为来自比光学无限远更接近眼睛210的距离的光。
在一些实施例中，可以通过在分量颜色(例如，三个或更多个分量颜色)中的每一者中叠加图像来在每个深度平面处形成全色图像。图8示出了堆叠波导组件的示例，其中每个深度平面包括使用多个不同分量颜色形成的图像。所示的实施例示出了深度平面240a至240f，但也可以构想更多或更少的深度。每个深度平面可以具有与其相关联的三个或更多个分量颜色图像，包括：第一颜色的第一图像G；第二颜色的第二图像R；以及第三颜色的第三图像B。不同的深度平面在图中通过字母G、R和B之后的不同屈光度(dpt)指示。例如，这些字母的每一者后面的数字指示屈光度(1/m)，或深度平面与观看者的距离的倒数，并且图中的每个框表示单独的分量彩色图像。在一些实施例中，为了解决眼睛对不同波长的光的聚焦的差异，不同分量颜色的深度平面的精确放置可以变化。例如，给定深度平面的不同分量颜色图像可以放置在与相对于用户的不同距离对应的深度平面上。这样的布置可以增加视敏度和用户舒适度和/或可以减少色差。
在一些实施例中，每个分量颜色的光可以由单个专用波导输出，因此，每个深度平面可以具有与其相关联的多个波导。在这样的实施例中，图中包括字母G、R或B的每个框可以被理解为表示单独的波导，并且可以为每个深度平面提供三个波导，其中为每个深度平面提供三个分量颜色图像。尽管为了便于描述，在该图中示出了与每个深度平面相关联的波导彼此相邻，但是将理解，在物理设备中，波导可以全部被布置成每层具有一个波导的堆叠。在一些其它实施例中，多个分量颜色可以由相同的波导输出，以使得例如可以为每个深度平面仅提供单个波导。
继续参考图8，在一些实施例中，G是绿色，R是红色，B是蓝色。在一些其它实施例中，除了红色、绿色或蓝色之外或者可以替换红色、绿色或蓝色中的一种或多种，可以使用与其它波长的光相关联的其它颜色(包括品红色和青色)。
将理解，本公开通篇对给定颜色的光的引用将被理解为包括被观看者感知为具有该给定颜色的光波长范围内的一个或多个波长的光。例如，红光可以包括在约620nm至780nm范围内的一个或多个波长的光，绿光可以包括在约492nm至577nm范围内的一个或多个波长的光，以及蓝光可以包括在约435nm至493nm的范围内一个或多个波长的光。
在一些实施例中，光源540(图6)可被配置为发射观看者视觉感知范围之外的一个或多个波长(例如，红外和/或紫外波长)的光。此外，显示器250的波导的耦入、耦出和其它光重定向结构可被配置为将该光从显示器引导出并朝着用户的眼睛210发射，例如用于成像和/或用户激励应用。
现在参考图9A，在一些实施例中，可能需要将照射在波导上的光重定向以将该光耦入该波导内。可以使用耦入光学元件来将光重定向并将该光耦入其对应的波导内。图9A示出了多个或堆叠波导组660的示例的横截面侧视图，其中每个堆叠波导包括耦入光学元件。波导可各自被配置为输出一个或多个不同波长的光，或一个或多个不同波长范围的光。将理解，堆叠660可以对应于堆叠260(图6)，并且所示的堆叠660的波导可以与多个波导270、280、290、300、310的一部分相对应，除了来自图像注入设备360、370、380、390、400中的一者或多者的光从需要重定向光以进行耦入的位置注入波导内。
所示的堆叠波导组660包括波导670、680和690。波导670位于图像光源之前或者比波导680更接近图像光源，波导690位于图像光源之后或者比波导680距图像光源更远。每个波导包括关联的耦入光学元件(其也可以称为波导上的光输入区域)，例如，设置在波导670的主表面(例如，顶部主表面)上的耦入光学元件700、设置在波导680的主表面(例如，顶部主表面)上的耦入光学元件710以及设置在波导690的主表面(例如，顶部主表面)上的耦入光学元件720。在一些实施例中，耦入光学元件700、710、720中的一者或多者可以被设置在相应波导670、680、690的底部主表面上(特别是在一个或多个耦入光学元件是反射的偏转光学元件的情况下)。如图所示，耦入光学元件700、710、720可以被设置在其相应波导670、680、690的顶部主表面(或下一下行波导的顶部)上，特别是在那些耦入光学元件是透射性的偏转光学元件的情况下。在一些实施例中，耦入光学元件700、710、720可以被设置在相应波导670、680、690的主体中。在一些实施例中，如本文所讨论的，耦入光学元件700、710、720是波长选择性的，以使得它们选择性地重定向一个或多个波长的光，同时透射其它波长的光。尽管示出为在其相应波导670、680、690的一个侧面或角上，但是将理解，在一些实施例中，耦入光学元件700、710、720可以被设置在其相应波导670、680、690的其它区域中。
如图所示，耦入光学元件700、710、720可以彼此横向偏移。在一些实施例中，每个耦入光学元件可以发生偏移，以使得其接收光而无需该光传播通过另一耦入光学元件光。例如，每个耦入光学元件700、710、720可被配置为从不同的图像注入设备360、370、380、390和400接收光，如图6所示，并且可以与其它耦入光学元件700、710、720分开(例如，横向地隔开)，以使得其基本上不接收来自耦入光学元件700、710、720中的其它耦入光学元件的光。
每个波导还包括关联的光分布元件，例如，设置在波导670的主表面(例如，顶部主表面)上的光分布元件730、设置在波导680的主表面(例如，顶部主表面)上的光分布元件740、以及设置在波导690的主表面(例如，顶部主表面)上的光分布元件750。在一些其它实施例中，光分布元件730、740、750可以被分别设置在关联波导670、680、690的底部主表面上。在一些其它实施例中，光分布元件730、740、750可以被分别设置在关联波导670、680、690的顶部主表面和底部主表面上，或者光分布元件730、740、750可以被分别设置在不同的关联波导670、680、690中的不同的顶部主表面和底部主表面上。
波导670、680、690可以由例如气体、液体和/或固体材料层间隔开并分开。例如，如图所示，层760a可以分开波导670和680；层760b可以分开波导680和690。在一些实施例中，层760a和760b由低折射率材料(即，该材料的折射率低于形成波导670、680、690中的紧邻波导的材料)形成。优选地，形成层760a、760b的材料的折射率是0.05或大于形成波导670、680、690的材料的折射率，或者是0.10或小于形成波导670、680、690的材料的折射率。有利地，低折射率层760a、760b可以作为包层，其促进光通过波导670、680、690的全内反射(TIR)(例如，每个波导的顶部主表面与底部主表面之间的TIR)。在一些实施例中，层760a、760b由空气形成。尽管未示出，但将理解，所示的波导组660的顶部和底部可以包括紧邻的包层。
优选地，为了便于制造和出于其它考虑，形成波导670、680、690的材料相似或相同，并且形成层760a、760b的材料相似或相同。在一些实施例中，形成波导670、680、690的材料在一个或多个波导之间可以是不同的，和/或形成层760a、760b的材料可以是不同的，同时仍然保持上述各种折射率关系。
继续参考图9A，光线770、780、790入射在波导组660上。将理解，光线770、780、790可以由一个或多个图像注入设备360、370、380、390、400(图6)注入波导670、680、690内。光线770、780、790可以构成图像光，编码有图像信息的光。例如，光可能已被空间调制，或者以其它方式在不同的位置被提供不同的强度和/或不同的波长，例如以形成构成图像的像素。
在一些实施例中，光线770、780、790具有不同的特性，例如，不同的波长或不同的波长范围，该不同的波长或波长范围可以对应于不同的颜色。耦入光学元件700、710、720各自偏转入射光，以使得光通过TIR传播通过波导670、680、690中的相应一者。在一些实施例中，耦入光学元件700、710、720各自选择性地偏转一个或多个特定波长的光，同时将其它波长透射到底层波导以及关联的耦入光学元件。
例如，耦入光学元件700可被配置为偏转具有第一波长或波长范围的光线770，同时透射分别具有不同的第二和第三波长或波长范围的光线780和790。所透射的光线780照射在耦入光学元件710上并被该耦入光学元件710偏转，该耦入光学元件710被配置为偏转第二波长或波长范围的光。光线790被耦入光学元件720偏转，该耦入光学元件720被配置为选择性地偏转第三波长或波长范围的光。
继续参考图9A，所偏转的光线770、780、790被偏转，以使得它们传播通过对应的波导670、680、690内传播；也就是说，每个波导的耦入光学元件700、710、720将光偏转到对应的波导670、680、690内，以将光耦入对应的波导内。光线770、780、790以一定角度被偏转，这些角度使光通过TIR传播通过相应的波导670、680、690。光线770、780、790通过TIR传播通过相应的波导670、680、690，直到照射在波导的对应的光分布元件730、740、750上。
现在参考图9B，示出了图9A的多个堆叠波导的示例的透视图。如上所述，耦入光线770、780、790分别被耦入光学元件700、710、720偏转，然后通过TIR分别在波导670、680、690内传播。然后，光线770、780、790分别照射在光分布元件730、740、750上。光分布元件730、740、750使光线770、780、790偏转，以使得它们分别朝向耦出光学元件800、810、820传播。
在一些实施例中，光分布元件730、740、750是正交光瞳扩展器(OPE)。在一些实施例中，OPE将光偏转或分布到耦出光学元件800、810、820，并且在一些实施例中，还可以在光传播到耦出光学元件时增加该光的光束或光斑尺寸。在一些实施例中，可以省略光分布元件730、740、750，并且可以将耦入光学元件700、710、720配置为将光直接偏转到耦出光学元件800、810、820。例如。参考图9A，光分布元件730、740、750可分别用耦出光学元件800、810、820代替。在一些实施例中，耦出光学元件800、810、820是出射光瞳(EP)或出射光瞳扩展器(EPE)，其引导观看者眼睛210(图7)中的光。将理解，OPE可被配置为在至少一个轴上增加眼动范围的尺寸，并且EPE可以被配置为在与OPE的轴相交(例如正交)的轴上增加眼动范围的尺寸。例如，每个OPE可被配置为将照射OPE的光的一部分重定向到同一波导的EPE，同时允许光的其余部分继续沿波导向下传播。当再次照射OPE时，剩余光的另一部分被重定向到EPE，并且该部分的剩余部分继续沿波导向下进一步传播，依此类推。同样，当照射EPE时，照射光的一部分朝着用户被引导出波导，该光的其余部分继续传播通过波导，直到再次照射EP，此时照射光的另一部分被引导出波导，依此类推。因此，每当光的一部分被OPE或EPE重定向时，可以“复制”单个耦入光束，从而形成克隆光束的场，如图6所示。在一些实施例中，OPE和/或EPE可被配置为改变光束的尺寸。
因此，参考图9A和9B，在一些实施例中，波导组660包括用于每个分量颜色的波导670、680、690；耦入光学元件700、710、720；光分布元件(例如，OPE)730、740、750；以及耦出光学元件(例如，EP)800、810、820。波导670、680、690在每个波导之间可以堆叠有气隙/包层。耦入光学元件700、710、720将入射光(通过接收不同波长的光的不同耦入光学元件)重定向或偏转到其波导内。然后光以一定角度传播，该角度将导致相应波导670、680、690内的TIR。在所示的示例中，光线770(例如，蓝光)以先前描述的方式被第一耦入光学元件700偏转，然后继续沿波导向下反弹，与光分布元件(例如，OPE)730相互作用，然后与耦出光学元件(例如，EP)800相互作用。光线780和790(例如，分别为绿光和红光)将传播通过波导670，光线780照射在耦入光学元件710上并被耦入光学元件710偏转。光线780然后经由TIR沿波导680向下反弹，继续到其光分布元件(例如，OPE)740，然后继续到耦出光学元件(例如，EP)810。最后，光线790(例如，红光)传播通过波导690而照射在波导690的光耦入光学元件720上。该光耦入光学元件720偏转光线790，以使得该光线通过TIR传播到光分布元件(例如，OPE)750，然后通过TIR传播到耦出光学元件(例如，EP)820。然后，耦出光学元件820最终将光线790耦出到观看者，观看者还接收从其它波导670、680耦出的光。
图9C示出了图9A和9B的多个堆叠波导的示例的俯视平面图。如图所示，波导670、680、690以及每个波导的关联光分布元件730、740、750和关联耦出光学元件800、810、820可以是垂直对准的。然而，如本文所讨论的，耦入光学元件700、710、720不是垂直对准的；相反，耦入光学元件优选地是非重叠的(例如，如俯视图所示，横向地间隔开)。如本文进一步所讨论的，该非重叠空间布置有助于将来自不同源的光一对一地注入不同波导内，从而允许特定光源被唯一地耦合到特定波导。在一些实施例中，包括非重叠空间分离的耦入光学元件的布置可以被称为移位或分割的光瞳系统，并且这些布置内的耦入光学元件可以对应于子光瞳。
如上文所讨论的，显示系统60或显示系统250的各种实施例可包括具有高折射率材料的波导。例如，显示系统60或显示系统250的各种实施例可以包括具有折射率大于玻璃的折射率的材料的一个或多个波导。在显示系统60或显示系统250的各种实施例中可以包括具有折射率大于或等于约1.8和小于或等于约4.5的材料的一个或多个波导。例如，显示系统60或显示系统250的各种实施例可以包括具有以下折射率的材料的一个或多个波导：大于或等于1.8且小于或等于2.1、大于或等于2.1且小于或等于2.2、大于或等于2.2且小于或等于2.3、大于或等于2.3且小于或等于2.4、大于或等于2.4且小于或等于2.5、大于或等于2.5且小于或等于2.6、大于或等于2.6且小于或等于2.7、大于或等于2.7且小于或等于2.8、大于或等于2.8且小于或等于2.9、大于或等于2.9且小于或等于3.0、大于或等于3.0且小于或等于3.1、大于或等于3.1且小于或等于3.2、大于或等于3.2且小于或等于3.3、大于或等于3.3且小于或等于3.4、大于或等于3.4且小于或等于3.5、大于或等于3.5且小于或等于3.6、大于或等于3.6且小于或等于3.7、大于或等于3.7且小于大于或等于3.8、大于或等于3.8且小于或等于3.9、大于或等于3.9且小于或等于4.0或由这些值定义的任何范围/子范围内的任何值的折射率的材料。在不失一般性的情况下，本申请中构想的高折射率材料可以对可见光透明。例如，本申请中构想的高折射率材料可被配置为以大于或等于约90％的效率透射约450nm至约750nm之间的光谱范围内的可见光。然而，在某些实施方式中，波导的界面处可能发生菲涅耳反射。
如上所述，与包括具有玻璃和/或折射率小于约1.8的材料的一个或多个波导的显示系统60或显示系统250的实施例相比，包括具有高折射率(例如，折射率大于玻璃的折射率和/或折射率大于或等于约1.8)材料的一个或多个波导的显示系统60或显示系统250的各种实施例可以具有增大的视场。此外，如上文所讨论的，可以将不同颜色或波长的光(例如，两种或可能三种颜色)耦合到包括高折射率材料的单个波导内。因此，显示系统60或显示系统250的各种实施例可包括与不同深度平面相关联的不同波导，其中，与深度平面相关联的波导可包括高折射率材料，使得不同颜色或波长(例如，红色、绿色和蓝色波长)的入射光被耦合到该波导内。因此，关联的波导具有向观看者投射包括不同波长(例如，红色、绿色和蓝色波长)的光的多色图像的能力。本申请中构想的各种高折射率材料包括诸如例如折射率约为2.3的铌酸锂(LiNbO3)、折射率在约2.6与约3.0之间的碳化硅(SiC)或其他类似材料的材料。
如上所述，显示系统60或显示系统250的各种实施方式中的一个或多个波导可以包括将光耦入一个或多个波导内的耦入光学元件(例如，耦入光学元件700、710、720)和/或将光耦出一个或多个波导的耦出光学元件(例如570、580、590、800、810、820)。在显示系统60或显示系统250的各种实施例中，一个或多个波导可以包括光分布元件(例如，光分布元件730、740、750)。在各种实施例中，光分布元件(例如，光分布元件730、740、750)可被配置为正交光瞳扩展器(OPE)和/或耦出元件(例如800、810、820)可被配置为出射光瞳扩展器(EPE)。目镜可包括耦入光学元件(ICG)、正交光瞳扩展器(OPE)、和出射光瞳扩展器(EPE)中的任何一种或组合。因此，各种各样的配置是可能的。例如，一些目镜不包括正交光瞳扩展器(OPE)。耦入光学元件、耦出光学元件和光分布元件可以包括衍射特征。衍射光学元件可包括微米级和/或纳米级特征。在各种实施例中，衍射光学元件可以具有不同高度、节距和/或形状的特征。在不失一般性的情况下，耦入光学元件、耦出光学元件和/或光分布元件可以提供在显示系统60或显示系统250的不同实施例中的波导的一个或两个表面上。例如，本申请中所描述的波导的各种实施例可以具有设置在波导的两个表面上的衍射结构。
具有耦入光学元件、耦出光学元件和/或光分布元件的波导可以使用各种制造过程制造，诸如，光刻、蚀刻、图案化、物理和/或化学沉积方法。可以有利的是，用于制造耦入光学元件、耦出光学元件和/或光分布元件的制造方法和技术能够在大面积上实现均匀图案保真度以允许将光有效耦入到波导中、沿着波导内的一个或多个期望方向有效和/或均匀分布光和/或有效和/或均匀耦出在波导中传播的光或其任何组合。在不失一般性的情况下，图案保真度可以是指压印图案从母版转移到衬底的表面的保真度。图案保真度是基于以下特性确定的：
1)衬底上的图案与母版上的图案的变化。例如，如果特征(例如，线、孔、凹槽、柱、侧壁)的特性(例如，长度、宽度、高度、深度、角度或表面粗糙度)的变化在阈值内，则图案保真度可以被认为是高的。例如，如果线宽的变化、孔直径或柱直径的变化、特征的高度或深度的变化、侧壁角度的变化、衬底上的图案与母版上的图案之间的线边缘的粗糙度的变化在约+/-5％内，则图案保真度可以被认为是高的。
2)每100平方微米或1平方厘米的缺陷数。在一些实施例中，如果特征的特性的变化大于阈值，则其可以被认为是缺陷。可以基于变化量将缺陷分配给缺陷尺寸箱(sizebin)中的一个。例如，不同的缺陷尺寸箱可以包括变化<1um、<5um、<20um、<50um、<100um等。如果衬底上的图案中的每100平方微米或1平方厘米的缺陷数小于阈值，那么图案保证度可以被认为是高的。
3)衬底的表面上方的图案和图案的区域内的端到端的对准。例如，如果不存在一个或多个对准标记的任何失真或边缘边界中的失真，则图案保真度可以被认为是高的。
本申请中构想的显示设备的各种实施例可包括具有设置在波导的一个或两个表面上的衍射结构的波导。衍射结构可以具有不同的高度和/或节距。这样的波导可以被配置为耦入外部光、沿着一个或多个期望方向分布耦入光和/或耦出耦入光。在显示设备的各种实施例中，这样的波导可以被配置为减轻不期望的光伪影。在本申请中描述了制造具有包括衍射特征(例如，具有不同高度和/或节距的衍射特征)的一个或多个表面的波导的不同方法。本申请中所描述的一种或多种不同方法可适用于大批量制造。在本申请中所描述的制造具有包括衍射特征(例如，具有不同高度和/或节距的衍射特征)的一个或多个表面的波导的一些方法可以使用通过蚀刻剂以不同速率蚀刻的至少两种不同材料。
I.压印聚合物图案化
在波导的一个或两个表面上制造衍射结构的一种方法包括用可图案化层对波导的一个或两个表面进行图案化。可图案化层可以包括聚合物。例如，可图案化层可以包括紫外线(UV)可固化聚合物。作为另一示例，可图案化层可以包括抗蚀剂(例如，聚合物抗蚀剂)。波导可以包括具有高折射率(例如，大于或等于1.8的折射率和/或比玻璃的折射率更大的折射率)的材料。可图案化层可以具有小于波导的材料的折射率(例如，小于1.8的折射率)的折射率。例如，可图案化层的折射率可以在约1.2与约1.8之间。在各种实施例中，可图案化层的折射率可以大于或等于约1.2并且小于或等于约1.3、大于或等于约1.3并且小于或等于约1.4、大于或等于约1.4并且小于或等于约1.5、大于或等于约1.5并且小于或等于约1.6、大于或等于约1.6并且小于或等于约1.7、大于或等于约1.7并且小于或等于约1.8或者这些值中的任一个之间的任何范围/子范围。
可以使用喷射沉积技术(例如，喷墨沉积)将可图案化层设置在波导的一个或多个表面上方。喷射沉积技术采用使用喷墨打印机头在波导上方分配一定体积的可图案化材料(例如，聚合物、抗蚀剂)。例如，喷墨打印机头可以在波导上方分配可图案化材料(例如，聚合物、抗蚀剂)的液滴。在各种实施例中，所分配的可图案化材料(例如，聚合物、抗蚀剂)的体积可跨波导表面变化。在使用喷射沉积技术沉积时，波导上方的所分配的可图案化材料的体积的放置的准确度可以是高的。此外，喷射沉积技术允许不同体积的可图案化材料(例如聚合物、抗蚀剂)被沉积在波导的表面的不同区域中。如下文所讨论的，喷射沉积技术的该特性在制造具有不同高度和/或节距的特征时可能是有利的。与其他沉积技术(诸如，旋涂)相比较，喷射沉积技术还可以减少可图案化材料(例如，聚合物、抗蚀剂)的浪费。此外，与其他沉积技术(诸如，旋涂)相比较，使用喷射沉积技术沉积可图案化材料(例如，聚合物、抗蚀剂)可以是更快的。因此，在一些实施方式中，喷射沉积技术可以增加吞吐量。使用喷射沉积，可以控制可图案化层的厚度。例如，使用喷射沉积技术沉积的可图案化层可以具有在约10nm与约1微米之间(例如，在约10nm与约50nm之间、在约25nm与约75nm之间、在约40nm与约100nm之间、在约80nm与约300nm之间、在约200nm与约500nm之间、在约400nm与约800nm之间、在约500nm与约1微米之间、或由这些值中的任意一个定义的范围/子范围中的任何值)的厚度。如下文所讨论的，控制沉积的可图案化层的厚度在制造具有不同高度的衍射特征中可能是有利的。此外，可图案化层的不同组合物可以使用喷射沉积技术沉积在波导的不同部分中。在暴露于蚀刻剂时，可以以不同速率蚀刻可图案化层的不同组合物。因此，使用喷射沉积技术在波导的不同部分中沉积可图案化层不同组合物，在制造具有不同高度和/或节距的衍射特征中可能是有利的，如下文所讨论的。在制造的各种实施例中，其他沉积方法诸如涂覆、旋涂、喷涂、或其他预先计量的涂覆技术诸如槽模、刮刀、刀刃、丝网等可用于沉积可图案化材料(例如，聚合物、抗蚀剂)。
某些高折射率材料，诸如，铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、钛酸钡(BaTiO3)，可以是压电的、铁电的、和/或热电的。包括这样的高折射率材料(例如LiNbO3或LiTaO3)的波导在其准备用于可图案化材料(例如，聚合物、抗蚀剂)的沉积时，由于它们的压电、铁电和/或热电特性而可以产生大量的表面电荷。此外，可以对使用喷射沉积技术的所分配的可图案化材料(例如，聚合物、抗蚀剂)的体积进行充电。在某些条件下，在使用喷射沉积技术在带电表面上分配时，可图案化材料(例如，聚合物、抗蚀剂)的带电体积可以非对称地扩散。这可能导致分配体积偏离期望体积和/或引起不同分配体积的不期望的合并。因此，在一些实施例中，可图案化材料(例如，聚合物、抗蚀剂)可以使用其他沉积技术诸如例如涂覆、旋涂、喷涂、或其他预先计量的涂覆技术诸如槽模、刮刀、刀刃、丝网等设置在波导的带电表面上。A示出了对包括具有高折射率(例如，大于或等于约1.8的折射率)的材料的波导1001进行图案化的示例方法。如框(I)所示，包括具有期望厚度的可图案化材料(例如，聚合物、抗蚀剂)的未固化的可图案化层1011设置在波导1001的表面上方。在各种实施例中，可以在沉积未固化的可图案化层1011之前将粘合促进剂层1003设置在波导1001的表面上方。未固化的可图案化层1011可以使用包括多个压印特征的压印模板1007来图案化并且通过用光诸如紫外线(UV)光1009照射而固化，如图10A的框(II)所示。替换地，压印的可图案化层1011可以通过诸如加热的其他方式来固化。在该实施方式中，一旦可图案化层1011固化，则可以移除压印模板1007以获得如图10A的框(III)所示的图案化层1005。如上文所讨论的，在一些情况下，沉积技术，诸如，涂覆、旋涂、喷涂或其他预先计量的涂覆技术，诸如槽模、刮刀、刀刃、丝网等可能不能够在波导的表面的不同部分中沉积不同体积的可图案化材料(例如，聚合物、抗蚀剂)以允许制造具有不同高度和/或节距的衍射特征。此外，使用沉积技术诸如涂覆、旋涂、喷涂或其他预先计量的涂覆技术诸如槽模、刮刀、刀刃、丝网等沉积可图案化材料(例如聚合物、抗蚀剂)可能导致可图案材料的浪费。
图10B示出了制造包括展现出压电、铁电和/或热电行为的高折射率材料的图案化波导的另一方法。在该方法中，包括展现出压电、铁电和/或热电行为的高折射率材料的波导1001的一个或多个表面被提供(例如，在其上沉积、涂覆等)有促进使用喷射沉积技术沉积未固化的可图案化层1011的介电材料层1013，如图10B的框I(a)所示。可选地，介电材料层1013可以被设置在波导的一个或多个表面上/上方。在一些实施方式中，介电材料层1013可以具有约5nm与约200nm之间的厚度。介电材料可以对可见光波长透明。在一些实施方式中，介电材料可以具有基本上与波导的高折射率材料的折射率类似的折射率。例如，在一些实施方式中，介电材料的折射率与波导的高折射率材料的折射率之间的差异可以小于或等于约20％。然而，还构想到，在一些实施方式中，介电材料的折射率与波导的高折射率材料的折射率之间的差异可以大于约20％。在各种实施例中，介电材料层1013可以包括碳化硅(SiC)、二氧化钛(TiO2)、二氧化锆(ZrO2)、氮化硅(Si3N4)或二氧化硅(SiO2)。在一些实施例中，介电材料可以使用诸如溅射或蒸发的物理气相沉积过程被设置在包括高折射率材料的波导的一个或多个表面上，该高折射率材料展现出压电、铁电和/或热电行为。在一些实施例中，介电材料可以使用诸如，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、大气压等离子体增强化学气相沉积(APPECVD)或原子层沉积(ALD)化学气相沉积(CVD)过程被设置在包括高折射率材料的波导的一个或多个表面上方，该高折射率材料展现出压电、铁电和/或热电行为。其他方法的使用可以是可能的。
介电材料层1013可以包括不展现出压电、铁电和/或热电行为的材料。因此，在各种实施方式中，介电材料层1013的表面可以不累积电荷，例如，在波导1001被放置在光刻工具的卡盘上或相对于喷射沉积设备的打印头移动时。因此，在一些实施方式中，使用喷射沉积技术沉积在介电材料的表面上的可图案化材料(例如，聚合物、抗蚀剂)的分配体积可能不非对称地扩散或与相邻体积合并，如图10B的框I(a)所示。例如，液滴可以预合并而不是停留在分配的液滴位置。因此，可能无法维持实现图案化层的受控厚残余层厚度(RLT)要求的分配液滴之间的预定间隔。当分配液滴在由模板压印之前预合并时，RLT的厚度可能是随机且不受控制的。在压印和固化之后获得的结果图案可能具有可变厚度和/或其他不均匀性。厚度和不均匀性的这样的变化可能是不可重复的，并且可能引起虚拟图像的失真。例如，在一些实施例中，可以降低虚拟图像的锐度、对比度、均匀性和/或亮度。未固化的可图案化材料也可以使用沉积技术来沉积，诸如喷射沉积、涂覆、旋涂、喷涂或其他预先计量的涂覆技术，诸如槽模、刮刀、刀刃、丝网等，如图10B的框I(b)所示。可图案化材料1011或未固化的可图案化层1011的分配体积可通过使包括压印图案的压印模板1007与可图案化材料1011或未固化的可图案化层1011的分配体积接触来图案化，如图10B的框II所示。如上文所讨论的，该压印过程可以被称为接触压印光刻。压印模板可包括纳米级或微米级特征。压印模板的特征可以具有不同的高度、深度、节距、形状、布置和/或压印特征的位置或其任何组合。在一些其他实施例中，可图案化材料1011或未固化的可图案化层1011的分配体积可以通过其他光刻技术来图案化。图案化材料可以通过诸如来自如图10B的框(II)所示的紫外线(UV)源的光1009和/或通过加热来固化。可以在图案化材料被固化之后移除压印模板以获得包括图案化层1005的波导1001，如图10B的框(III)所示。因此，可图案化材料被图案化以形成图案化层1005。
在一些实施例中，图案化层1005可用作蚀刻掩模以蚀刻包括高折射率材料的波导。在一些实施例中，蚀刻过程可以被配置为蚀刻通过介电材料层1013和包括高折射率材料的波导1001的表面。在各种实施例中，在蚀刻包括高折射率材料的波导1001之后，可以使用不同的湿或干蚀刻过程移除图案化的介电材料层。然而，在一些实施例中，可以留下图案化的介电材料层，使得波导1001的图案化表面包括图案化的介电材料层。在各种实施例中，波导1001的图案化表面可提供有材料层、材料膜、材料涂层或纳米结构，其被配置为减少用户的视场中的外部光和光伪影。例如，在一些实施例中，抗反射(AR)涂层可用于减少用户的视场中的外部光和光伪影。在一些实施方式中，包括二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、氟化镁(MgF2)或其交替层的涂层可用于减少用户的视场中的外部光和光伪影。在一些实施例中，波导1001可以被着色以减少用户的视场中的外部光和光伪影。在一些实施例中，提供附加功能(例如，光聚焦、发散光、收集光等)的光学元件可以与波导的图案化表面集成。例如，如下文参考图27所讨论的，菲涅耳透镜或平凸透镜可以被设置在图案化波导1001上方。
图10C描绘了制造包括展现出压电、铁电和/或热电行为的高折射率材料的图案化波导的另一方法。方法包括在包括展现出压电、铁电和/或热电行为的高折射率材料的波导1001的一个或多个表面上方提供粘合促进剂层1003，如图10C的框I(b)所示。在一些实施例中，粘合促进剂层可包括丙烯酸2-[(三甲基甲硅烷基)氧基]乙酯(2-[(Trimethylsilyl)oxy]ethyl acrylate)。粘合促进剂层可以被设置在波导的表面上，例如，使用旋涂或物理或化学气相沉积方法。可以使用模板涂层图案转移方法将图案化层设置在粘合促进剂层上方。模板涂层图案转移方法包括将未固化的可图案化材料1011(例如，聚合物或抗蚀剂)设置在包括如图10C的框I(a)所示的压印图案的压印模板1007上。未固化的可图案化材料1011(例如，聚合物或抗蚀剂)可以使用喷射沉积技术或其他沉积方法来设置在压印模板1007的图案化表面上方，诸如，涂覆、旋涂、喷涂、或其他预先计量的涂覆技术诸如槽模、刮刀、刀刃、丝网等。压印图案可包括纳米级或微米级特征。在使用喷射沉积技术将未固化的可图案化材料1011(例如，聚合物或抗蚀剂)设置在压印模板1007的图案化表面上方时，可以设计液滴图案，使得分配的聚合物液滴由于毛细作用遍布图案化表面，如图10C的框I(a)所示。使包括分配的未固化的可图案化材料1011(例如，聚合物或抗蚀剂)的压印模板1007的图案化表面与涂覆有粘合促进剂层的波导1001的表面接触并且使用诸如UV的光照射1009固化，如图10C的框II所示。在一些实施例中，可以使用热固化来固化可图案化材料。在固化过程期间，可图案化材料1011(例如，聚合物或抗蚀剂)被从模板1007转移到粘合促进剂层1003。如图10C的框(III)所示，一旦图案化的可图案化材料(例如，聚合物或抗蚀剂)被转移到波导1001的表面，模板1007就被移除以获得包括图案化层1005的波导1001。如上文所讨论的，在一些实施例中，图案化层1005可用作蚀刻掩模以蚀刻包括高折射率材料的波导1001的表面。在一些实施例中，蚀刻过程可以被配置为蚀刻通过粘合促进剂层1003并且到包括高折射率材料的波导1001的表面中。在各种实施例中，可以在蚀刻包括高折射率材料的波导1001之后移除粘合促进剂层1003。如上文所讨论的，在各种实施例中，波导1001的图案化表面可提供有材料层、材料膜、材料涂层或纳米结构，其被配置为减少用户的视场中的外部光和光伪影。例如，在一些实施例中，抗反射(AR)涂层可用于减少用户的视场中的外部光和光伪影。在一些实施方式中，包括二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、氟化镁(MgF2)或其交替层的涂层可用于减少用户的视场中的外部光和光伪影。在一些实施例中，波导1001可以被着色以减少用户的视场中的外部光和光伪影。在一些实施例中，提供附加功能(例如，光聚焦、发散光、收集光等)的光学元件可以与波导的图案化表面集成。
在一些实施例中，可能希望耗散可能在包括展现出压电、铁电和/或热电行为的高折射率材料的各种波导上形成的表面电荷。在一些实施例中，可以通过使用电离器减少或耗散波导的一个或多个表面上的电荷，该电离器可以用双极清洁空气电离或富含负离子或正离子的气体中和波导的一个或多个表面上的电荷，这取决于生成的表面电荷。例如通过电离提供的离子可以被引导到波导以减少其上的电荷。在一些实施例中，可以使用等离子体减少或耗散波导的一个或多个表面上的电荷。在一些实施例中，可以使第二带电或接地表面与波导的一个或多个表面紧密接触以耗散在波导的一个或多个表面上生成的表面电荷。在一些实施例中，在喷射沉积技术的波导和/或打印头相对于彼此移动时，可以使第二带电表面与波导的一个或多个表面紧密接触。在一些实施例中，波导可以与接地卡盘电接触，这可以帮助耗散在波导的一个或多个表面上累积的电荷。在一些实施例中，金属涂层(例如，铱(Ir)、铬(Cr)或镍(Ni)涂层)或其他导电涂层可以被设置在波导的一个或多个带电表面的至少一部分上方以耗散表面电荷。在不支持任何特定理论的情况下，金属涂层可以充当导电膜以耗散，例如，均匀耗散，表面电荷累积。在一些实施例中，导电氧化物(例如，透明导电氧化物，诸如，氧化铟锡(ITO))可以被设置在波导的表面的至少一部分上方以耗散可能累积在波导的一个或多个表面上的表面电荷。可以使用其他导电膜以及放电或电荷耗散的其他方式。
在一些实施方式中，在用以上文所讨论的方式耗散表面电荷时，可以使用喷射沉积技术分配可图案化材料并且使用如上文所讨论的压印模板图案化。可以使用UV固化或热固化或其他固化过程来固化图案化的可图案化材料。在一些实施例中，图案化的可图案化材料可被蚀刻以图案化包括高折射材料的波导的一个或多个表面。在采用将导电涂层诸如金属涂层设置在波导的一个或多个表面上方以耗散表面电荷的制造方法的实施例中，可图案化材料可以被分配在导电涂层或金属涂层上方并且使用压印模板进行图案化，如上文所讨论的。在一些实施例中，图案化的可图案化材料和导电层或金属层一起可用作蚀刻掩模以蚀刻到波导的一个或多个表面中。
在一些实施例中，为了促进包括展现出压电、铁电和/或热电行为的高折射率材料的波导的带电表面上的可图案化材料的沉积，可以在可图案化材料的沉积之前减少波导的表面上的电荷累积。在可图案化材料的沉积之前清洁波导的表面和/或为可图案化材料的沉积准备波导的表面执行的其他过程期间，可以减少波导上的水热应力/应变。在各种实施例中，电荷耗散和表面清洁可以通过将LiNbO3晶圆的表面暴露于等离子体而一起完成。例如，大气压等离子体可用于耗散表面电荷以及清洁表面。在一些实施方式中，等离子体可以处于约20-50摄氏度之间的温度。在该温度范围内，等离子体可包含氩(Ar)和氧(O)离子和自由基。还希望避免在包括诸如LiNbO3的高折射率材料波导上制造光栅结构期间进行的不同过程之间的温度的大变化。例如，如果在包括诸如LiNbO3的高折射率材料的波导上制造光栅结构期间进行的不同过程之间的温度变化大于约30摄氏度，则波导衬底(例如，晶圆)的破裂的风险增加。波导衬底(例如，晶圆)的破裂可能使波导的表面劣化。在一些情况下，例如，来自破裂的碎屑可能污染波导的表面。在一些实施例中，在沉积可图案化材料之前，在将波导处理和放置在卡盘上期间，可能希望降低波导上的机械应力/应变。可以有利地采用卡盘设计，包括但不限于空腔卡盘、接地卡盘和/或被配置为减少波导表面上的表面电荷累积的卡盘。例如，非接触式压印卡盘，诸如空腔卡盘，可用于减少波导上的机械应力和/或减少或避免划伤波导的表面。作为另一示例，具有顺应卡盘设计的卡盘可用于在聚合物的沉积期间支撑波导。顺应卡盘设计可以有利地在基于接触的压印期间将负载从压印模板转移到卡盘系统而不是将该负载转移到波导。在沉积可图案化材料之前减少波导的表面上的电荷累积的另一示例可以包括减少在基于接触的压印光刻中的聚合物固化(例如，UV固化或热固化)期间生成的机械应力。这可以通过在固化期间从卡盘释放对波导的机械约束(例如释放对波导的真空保持)并且然后在可图案化材料被固化以用于其他过程(诸如，模板的分离)之后重新施加它来实现。因此，在各种实施方式中，可以通过释放在波导上或施加到波导的机械压力来减少电荷累积。
并非所有展现出压电、铁电和/或热电行为的高折射率材料都存在上文所描述的表面电荷累积的问题。例如，在没有可图案化材料的不期望的扩散或相邻体积的合并的情况下，可以使用喷射沉积技术在包括碳化硅、Z形切割、X形切割或Y形切割LiNbO3的波导表面上分配可图案化材料的体积。因此，在使用喷射沉积技术分配可图案化材料之前，可能不需要向这样的波导的表面提供附加层、涂层、膜(例如，导电层，诸如金属或导电氧化物等)。在这样的波导中，在使用喷射沉积技术分配可图案化材料之前，也可能不需要使用上文所描述的各种技术来耗散表面电荷。然而，在各种实施方式中，例如，在波导的表面上设置中间材料层诸如粘合促进材料以促进粘合或者一层或多层以使表面抗划伤或更少反射可以是有利的。中间粘合促进材料可以包括具有约2.6与3.0之间的折射率的SiC、具有约2.3的折射率的TiO2、或具有约1.45的折射率的二氧化硅。在一些实施方式中，中间功能层可以被配置为具有高表面能，这可以在使用喷射沉积技术沉积时引入材料(例如，聚合物)的期望扩散。在一些实施方式中，分配的可图案化材料的扩散行为可用于增强可图案化材料(例如抗蚀剂溶液)的快速受控预扩散以用于纳米级图案化。在一些实施例中，可图案化材料可以被配置为在粘合促进层的表面上方不扩散。该特性可以有利于避免或减少在图案化过程期间的可图案化材料的蒸发。因此，例如，在各种实施例中，粘合促进材料或其他中间层可以具有某些官能团，该官能团使粘合促进材料层或其他中间层疏水，使得分配的可图案化材料成珠状或亲水，使得分配的可图案化材料扩散。以这种方式，粘合促进层或其他中间层的表面能可以定制以控制液滴扩散量。粘合促进层或其他中间层可以充当用于结合到固化聚合物和/或未固化聚合物的部位。在一些实施例中，粘合促进层或其他中间层可以通过跟随有干燥步骤(例如，热辅助干燥)的旋涂、微凹版印刷、浸涂、或雾化(喷涂)设置在包括较高折射率材料的波导上方。可以使用其他沉积方法。在一些实施例中，粘合促进层或其他中间层可以通过使用惰性载气诸如氮气(N2)、氩气(Ar)、氦气(He)等的气相沉积，沉积在包括较高折射率材料的波导上方。在一些实施例中，气相沉积可以在水的存在下执行，这可以促进粘合促进层与包括高折射率材料的波导之间的交联。在一些实施方式中，粘合促进材料层或其他中间层可以具有小于或等于10nm的厚度。例如，粘合促进材料层或其他中间层的厚度可以大于或等于约0.5nm并且小于或等于约1nm、大于或等于0.5nm并且小于或等于1.5nm、大于或等于1.0nm并且小于或等于3.0nm、大于或等于1.8nm并且小于或等于4.0nm、大于或等于3.0nm并且小于或等于5.0nm、大于或等于4.0nm并且小于或等于6.0nm、大于或等于5.0nm并且小于或等于7.5nm、大于或等于7.5nm并且小于或等于10.0nm、大于或等于10nm并且小于或等于20.0nm、大于或等于20nm并且小于或等于40.0nm、或由这些值定义的任何范围/子范围内的任何值。
与包括玻璃或具有小于1.8的折射率的材料的图案化波导相比较(例如，具有约1.76的折射率的蓝宝石(Al2O3))，包括具有图案化表面的高折射率材料(例如，大于约1.8的折射率)的波导可用于提供具有高视场的显示设备。例如，这样的波导可以被包括在头戴式显示器的目镜中以将光引导到眼睛中以在其中形成图像。而且，包括高折射率材料(例如，大于约1.8的折射率)的单个图案化波导可用于耦入从光源(例如，投影设备)输出的两种或两种以上(例如两种或三种)不同颜色或波长的光(例如，绿光和蓝光)并且朝向观看者投射两种或两种以上(例如，两种或三种)不同颜色或波长的光。
图10D示出了包括使用上文所讨论的各种方法制造的诸如LiNbO3的高折射率材料的波导1001的实施方式。图案化层1005被设置在波导1001的表面上方。图案化层1005可包括可通过接触压印光刻、光学光刻或其他光刻方法图案化的可图案化材料。例如，图案化层1005可以包括聚合物，诸如例如抗蚀剂或光致抗蚀剂。图案化层1005可以包括具有比波导1001的折射率更小的折射率的材料。例如，图案化层1005可以具有小于1.8的折射率(例如，在约1.2-1.7之间的折射率)。图案化层1005可以包括多个衍射特征1007。在一些实施方式中，图案化层1005的厚度可以小于20nm。多个衍射特征1007可以被配置为通过波导1001衍射蓝光和绿光两者。在一些这样的实施例中，包括高折射率材料的第二波导与包括被配置为衍射红光的多个衍射特征的第二图案化层可用于将红色图像投射到第二波导之外。在一些实施例中，多个衍射特征1007可以被配置为衍射红光、绿光和蓝光，使得对象的虚拟红色、绿色和蓝色图像可以被投射到波导1001之外。
II.直接图案化具有高折射率材料的波导
在包括高折射率材料(例如，SiC、LiNbO3或具有大于或等于1.8的折射率的其他光学透明材料)的波导上制造图案化表面的另一方法可以包括直接图案化包括高折射率材料的波导的一个或多个表面。直接图案化包括高折射率材料的波导的一个或多个表面可以通过使用蚀刻技术实现，诸如，使用干反应离子蚀刻(RIE)、电感耦合等离子体(ICP)蚀刻、或离子束蚀刻。
直接图案化包括高折射率材料的波导的一个或多个表面包括在待图案化的波导的表面上方设置具有图案的蚀刻掩模。蚀刻掩模的图案可以是对应于希望蚀刻在波导的表面上的图案的正图案或对应于与希望蚀刻在波导的表面上的图案相反的图案的负图案。使用适当的蚀刻技术和适当的蚀刻化学，可以通过蚀刻掩模蚀刻波导的表面。
在一些实施例中，使用上文所描述的光学光刻或接触压印光刻设置在波导表面上方的图案化聚合物可以用作蚀刻掩模。使用不同的蚀刻过程(例如，干蚀刻)将图案化聚合物的图案转移到波导衬底的表面上。图11A-11D示出了使用如上文所讨论的蚀刻掩模直接图案化包括高折射率材料的波导的表面的不同方法。
图11A示出了使用蚀刻掩模1103a直接图案化包括例如LiNbO3的波导1101的方法。蚀刻掩模1103a可以包括图案化的可图案化材料(例如，基于聚合物丙烯酸酯的抗蚀剂)。例如，蚀刻掩模1103a可包括上文所描述的图案化层1005。在这样的实施例中，蚀刻掩模1103a可包括聚合物或抗蚀剂材料。例如，蚀刻掩模1103a可包括基于聚合物丙烯酸酯的抗蚀剂。蚀刻掩模1103a包括具有高度的基底1104a和在基底1104a上面延伸的多个特征1105a。在各种实施例中，基底1104a的高度可以在约5nm～60nm之间，尽管可使用该范围之外的不同厚度。包括LiNbO3的波导1101和蚀刻掩模1103a可以使用干蚀刻或ICP使用以下气体中的一种或多种来蚀刻：CBrF3、HBr、CHF3、CF4、C4F8、CH4、SF6、He、H2、Ar、O2。蚀刻条件(例如，蚀刻时间和其他蚀刻参数)可以被控制以使得蚀刻掩模的基底1104a被完全蚀刻掉，暴露出包括LiNbO3的波导1101的部分。尽管蚀刻掩模1103b的多个特征1105a距它们被设置在其上的波导1101的表面的高度被降低，但是多个特征1105a被保留。使用F、Br、Ar、CH化学物质的第二蚀刻用于蚀刻通过包括LiNbO3的波导1101的暴露部分和多个特征1105a的剩余部分。如果多个特征1105a的剩余部分包括基于聚合物丙烯酸酯的抗蚀剂，那么它们可以以第二蚀刻过程蚀刻波导1101的暴露部分的速率的约3倍的速率被蚀刻。因此，在波导1101的表面上制造的多个特征1106a的高度可以是小的。在包括波导1101的显示设备的实施例中，其中，在波导1101中形成的多个特征1106a被配置为耦入光学元件、耦出光学元件或光分布元件，如果多个特征1106a的高度小，则可以减少光耦入、光耦出和/或光分布的效率。为了增加多个特征1106a的高度，蚀刻掩模可以包括具有与“聚合物抗蚀剂：LiNbO3”不同组成的材料，其可以以与波导1101的材料蚀刻的速率相当的速率进行蚀刻。例如，在一些实施例中，蚀刻掩模1103a可以包括抗蚀剂，该抗蚀剂包括一些硅(Si)，诸如，按重量计在约1％和约25％之间的硅。向抗蚀剂添加硅可以降低蚀刻掩模1103a的蚀刻速率并且由于减小蚀刻速率而增加蚀刻选择性。例如，在抗蚀剂的某些部分中添加硅可以减小抗蚀剂的那些部分中的蚀刻速率。因此，可以在抗蚀剂的那些部分中改进蚀刻深度的控制。在各种实施方式中，可以改变RIE蚀刻的各种物理和化学成分以改变蚀刻速率并且增加或减小蚀刻选择性。类似地，蚀刻掩模1103a的蚀刻速率可取决于蚀刻化学成分。与波导相比较，减小蚀刻掩模的蚀刻速率的蚀刻化学成分可用于减慢掩模的蚀刻速率，同时不减慢波导的蚀刻速率或不减慢波导的蚀刻速率那么多。在一些实施例中，多个特征1106a的高度可取决于蚀刻掩模1103a的图案的高度。因此，在各种实施例中，波导中的多个特征1106a的高度可以通过选择蚀刻掩模1103a的图案的高度、聚合物的组成和/或蚀刻化学成分来定制。
图11B示出了使用蚀刻掩模1103b直接图案化包括LiNbO3的波导1101的方法。蚀刻掩模1103b可以包括压印抗蚀剂，该压印抗蚀剂包括一定量的硅。如上文所讨论的，将添加硅到可图案化材料中可以降低蚀刻掩模1103b的蚀刻速率并且增加蚀刻选择性。一般类别的包括硅的压印抗蚀剂在美国专利No.7,282,550中描述，其以整体内容通过引用并入本文。蚀刻掩模1103b的组成可以类似于美国专利No.7,282,550中所描述的组成1、2、3、4、5、6、7、8，其以整体内容通过引用并入本文。蚀刻掩模1103b具有基底1104b和在基底1104b上面延伸的多个特征1105b。当在RIE蚀刻过程中暴露于氧气时，包括硅的压印抗蚀剂的有机硅键可以被转换以形成无机SiOx掩模。包括LiNbO3的波导1101和蚀刻掩模1103b可以使用基于F、CH、Ar、O化学成分的第一蚀刻过程蚀刻，该第一蚀刻过程完全蚀刻蚀刻掩模1103b的基底1104b并且暴露包括LiNbO3的波导1101的部分。尽管蚀刻掩模上的多个特征1105b距它们被设置在其上的波导1101的表面的高度降低，但是多个特征1105b被保留。使用F、Br、Ar、CH化学成分的第二蚀刻用于蚀刻通过包括LiNbO3的波导1101的暴露部分和多个特征1105b的剩余部分。包括硅的可图案化材料(例如抗蚀剂)的蚀刻速率低于单独的可图案化材料(例如抗蚀剂)的蚀刻速率。类似地，包括硅的抗蚀剂的蚀刻选择性大于单独的抗蚀剂的蚀刻选择性。因此，在图11B所示的波导1101的表面上制造的多个特征1106a的高度可以大于在图11A所示的波导1101的表面上制造的多个特征1106a的高度。同样地，通过减慢包括蚀刻掩模1105b的可图案化材料的蚀刻速率以更紧密地匹配波导1101的蚀刻速率，可以增加波导中的多个特征1106b的高度。
图11C示出了使用蚀刻掩模1103c直接图案化包括LiNbO3的波导1101的方法。蚀刻掩模1103c包括具有高度的基底1104c和在基底1104c上面延伸的多个特征1105c。蚀刻掩模1103c可以是压印抗蚀剂，该压印抗蚀剂包括一定量的硅。蚀刻掩模1103c被设置在诸如有机转移层1107c的转移层上。有机转移层1107c可以包括材料，诸如，其他丙烯酸酯或环氧基聚合物。转移层(例如，有机转移层)1107c可以使用沉积技术而沉积在波导1101的表面上方，该沉积技术包括但不限于涂覆、旋涂、喷涂、或其他预先计量的涂覆技术，诸如槽模、刮刀、刀刃、丝网等。在一些实施方式中，转移层1107c的厚度可以是约几十到几百纳米(nm)。直接图案化过程可以包括使用氟化学成分去浮渣，然后切换到Ar/O2以建立SiOx掩模，然后使用F、CH、Ar、O、He化学成分蚀刻通过蚀刻掩模1103c和转移层(例如，有机转移层)1107c以暴露波导1101的部分。蚀刻掩模1103c和转移层1107c的部分仍然保留。随后，可以使用F、Br、Ar、CH化学成分蚀刻波导1101的暴露部分以及蚀刻掩模1103c和转移层(例如，有机转移层)1107c的剩余部分以形成多个特征1106c。在不支持任何特定理论的情况下，可能存在利用接触压印光刻来压印的抗蚀剂层的高度的限制，而不遇到诸如纳米特征剪切、线侧壁倾斜、线吻/合并等缺陷。在某些实施方式中，通过使用包括相似或相等高度的特征的压印模板的基于接触的压印来压印具有大于阈值高度的高度的特征(也称为高特征)可以降低图案保真度。因此，有机转移层1107c可用于通过基于接触的压印使用包括具有小于蚀刻掩模的特征的高度的高度的特征的压印模板来产生包括高特征的蚀刻掩模。如果需要克服压印图案化中的某些工艺限制，这可用于获得更高的蚀刻掩模。
图11D示出了使用蚀刻掩模1103d直接图案化包括LiNbO3的波导1101的方法。蚀刻掩模1103d通过将转移层(例如，有机转移层)1107d沉积在波导1101的表面上而形成。如上文所讨论的，有机转移层1107d可以包括材料，诸如，Transpin或BARC。转移层1107d可以使用喷射沉积技术或某种其他沉积技术沉积，该沉积技术包括但不限于涂覆、旋涂、喷涂、或其他预先计量的涂覆技术，诸如槽模、刮刀、刀刃、丝网等。在一些实施方式中，转移层1107d的厚度可以是约几十到几百纳米(nm)。转移层1107d可以在结构上和功能上类似于转移层1107c。转移层1107d可以使用诸如接触压印光刻的光刻技术图案化。图案化的转移层1107d可包括多个特征1105d。蚀刻层1108d可以被沉积在压印转移层1107d上并且使用平坦化模板平坦化。蚀刻层1108d可包括例如硅，诸如SilSpin。该过程可被称为喷射和闪光压印光刻反转色调(J-FIL-R)。在图案化转移层1107d的多个特征1105d上方的层1108d的部分可以通过蚀刻移除以产生图11D的顶部所示的结构。例如，-F、-CH、Ar、-O化学成分可用于移除图案化有机转移层1107d的多个特征1105d上方的层1108d的部分。随后，可以将转移层1107d的暴露部分向下蚀刻到波导。例如，Ar/O2化学成分可用于移除转移层(例如，有机转移层)，同时氧化蚀刻层1108d的部分，其可包括例如Si以形成SiOx蚀刻掩模。随后，可以使用-F、-Br、Ar、-CH化学成分蚀刻波导1101的暴露部分以及氧化的SiOx掩模和有机转移层1107d的剩余部分以在波导中形成多个特征1106d。该方法具有使用有机抗蚀剂组成部分用于压印的优点。有机抗蚀剂可以在机械上比硅抗蚀剂更强。因此，可以减少压印过程中的缺陷。
III.蚀刻到设置在具有高折射率材料的波导的表面上方的高折射率涂层中
包括高折射率材料的波导的各种实施例可以通过在波导的表面上方沉积具有高折射率的具有低吸收系数(k<0.001)的这样的高折射率材料(n>1.8)层、在介电材料层上沉积可图案化层(例如抗蚀剂层)、图案化可图案化层(例如抗蚀剂层)并且蚀刻具有高折射率的沉积材料层以获得图案化介电材料层来图案化。在各种实施例中，具有高折射率材料的沉积材料层可包括SiC、TiO2、ZrO2或Si3N4。在一些实施例中，沉积材料的折射率可以基本上类似于波导材料的折射率。例如，在一些实施方式中，沉积材料与波导的材料之间的折射率的差异可以小于约20％。然而，在一些实施例中，沉积材料与波导的材料之间的折射率的差异可以大于约20％。在一些实施例中，介电材料的折射率可以大于波导的材料的折射率。可以基于待蚀刻的特征的期望高度/深度和用于蚀刻的蚀刻化学成分来选择具有高折射率的沉积材料。例如，对于某些蚀刻化学成分，与LiNbO3相比较，TiO2层蚀刻更快。因此，如果波导包括LiNbO3，对于那些蚀刻TiO2比LiNBO3更快的蚀刻化学成分，波导表面可以在蚀刻TiO2时充当蚀刻停止层。产生的产品可以是具有衍射特征的波导，该衍射特征包括波导材料的介电或介电部分。
IV.使用多个掩模层蚀刻到波导中
包括诸如例如LiNbO3、LiTaO3或SiC的高折射率材料的波导的各种实施例可以通过使用多个掩模来图案化。多个掩模中的一个或多个可以用与用于蚀刻波导材料的蚀刻化学成分不同的蚀刻化学成分来蚀刻。对包括诸如例如LiNbO3、LiTaO3或SiC的高折射率材料的波导进行图案化的方法的示例包括设置材料层，该材料层可以用与蚀刻波导的材料的蚀刻化学成分不同的蚀刻化学成分来蚀刻。例如，如果波导包括TiO2，那么包括铬(Cr)或镍(Ni)的层被沉积在待蚀刻的波导的表面上方。包括铬(Cr)或镍(Ni)的层可以使用沉积技术来沉积，诸如，溅射或蒸发。在一些实施例中，包括铬(Cr)或镍(Ni)的层可以在使用或不使用高温的富氧环境中在低压等离子体条件下在包括铬(Cr)或镍(Ni)的层的沉积之后在加速氧化过程下被氧化。包括铬(Cr)、镍(Ni)或其氧化物Cr2O3、NiO的层可以用氯基化学成分蚀刻，而包括TiO2的波导可以用氟基化学成分蚀刻。包括铬(Cr)、镍(Ni)或其氧化物Cr2O3、NiO的层可以图案化以形成第一蚀刻掩模。未被第一蚀刻掩模覆盖的包括TiO2的波导部分可以使用基于氟的化学物质蚀刻。在制造波导的表面中特征之后，可以使用氯基化学物质蚀刻掉第一蚀刻掩模。
对包括铬(Cr)、镍(Ni)或其氧化物(例如Cr2O3、NiO)的层进行图案化的一种方法包括在包括铬(Cr)、镍(Ni)或其氧化物Cr2O3、NiO的层上沉积二氧化硅(SiO2)层。使用各种沉积技术(诸如，喷射沉积技术或旋涂)将可压印的聚合物(例如，SiO2：抗蚀剂聚合物)层的层设置在SiO2层上方。聚合物层可以使用压印模板或通过光刻来压印。可以使用-F、-CH、Ar和O化学物质蚀刻SiO2层以形成图案化的SiO2层。然后，包括铬(Cr)、镍(Ni)或其氧化物的层用–Cl、Ar、O化学物质蚀刻以形成包括铬(Cr)、镍(Ni)或其氧化物的图案化层。
因此，可以通过沉积可以包括金属或氧化金属的第一蚀刻掩模来蚀刻波导。第二蚀刻掩模可以被沉积在包括第一蚀刻掩模的材料层上方以从用于形成第一蚀刻掩模的材料层当中图案化第一蚀刻掩模。第二蚀刻掩模可以包括氧化物，诸如SiO2。可能包括聚合物的第三蚀刻掩模可用于从包括第二蚀刻掩模的材料的材料层中蚀刻和图案化第二蚀刻掩模。不同的蚀刻化学物质可以用于蚀刻不同的蚀刻掩模层。也可以使用更多或更少层。
V.分级蚀刻
分级蚀刻技术可用于制造具有衍射特征的节距和/或跨波导表面的衍射特征的高度的分级的衍射特征。衍射特征的节距和/或跨波导表面的衍射特征的高度的分级可以是有利的，例如，在增加从波导输出的光的均匀性和强度方面。例如，可以使具有较高光强度的波导区域中的衍射特征更短以降低衍射效率，而可以使具有较低光强度的波导区域中的衍射特征更高以增加衍射效率。以这种方式，可以增加从波导输出的光的均匀性，同时保持光输出的强度。下面描述了几种分级蚀刻技术。
A.使用分级聚合物层
一种制造包括跨波导表面具有不同高度的特征的波导的方法包括将包括可图案化材料(例如，聚合物、抗蚀剂)的倾斜或分级的可图案化层设置在用具有恒定高度的特征的压印模板压印的波导的表面上方。可图案化层被沉积以使得其相对于波导的表面倾斜。可图案化层可以包括可以用压印模板压印的抗蚀剂材料。可图案化层的斜率可以被配置为对应于特征的高度的期望渐变。例如，可图案化层可以倾斜，使得可图案化层的高度在要蚀刻到较浅(例如，不太深)深度的波导部分中更大。在不失一般性的情况下，可图案化层的高度对应于从波导的表面到与波导表面相对的可图案化层的暴露表面的距离。倾斜的可图案化层可以被配置为用作负掩模或正掩模，如下文参考图12A、12B-1、12B-2和12C所讨论的。
由喷墨印刷设备实现的喷射沉积技术可用于沉积倾斜的可图案化层。例如，从喷墨打印设备的打印头分配的可图案化层的体积可以跨波导表面变化。在各种实施例中，喷墨打印设备的打印头可以被配置为分配具有在约50微米与约150微米之间的范围内的尺寸的液滴。例如，分配的液滴可以具有约50微米与约60微米之间、约55微米与约65微米之间、约60微米与约70微米之间、约65微米与约75微米之间、约70微米与约80微米之间、约75微米与约85微米之间、约80微米与约90微米之间、约85微米与约95微米之间、约90微米与约100微米之间、约100微米与约110微米之间、约110微米与约120微米之间、约120微米与约130微米之间、约130微米与约140微米之间、约140微米与约150微米之间或这些值中的任一个之间的任何范围的尺寸。在喷墨打印设备的打印头跨波导表面移动时，分配液滴的体积可以变化。例如，在一些实施例中，可图案化材料的体积(例如，基于液滴的尺寸和/或密度的液滴中的材料的体积)可以随着喷墨打印设备的打印头跨波导的待图案化区域的表面移动而变化以沉积或分配不同体积的聚合物可图案化层。如上文所讨论的，倾斜的可图案化层通过与包括具有恒定高度的特征的压印模板接触来图案化。因此，图案化倾斜可图案化层的特征的高度跨波导的表面变化。
下面描述了使用图案化的倾斜可图案化层在波导的表面上制造分级衍射特征的两种不同方法。图12A示出了设置在波导1201的表面上的图案化倾斜可图案化层1203的示例实施例。波导1201可以包括高折射率材料，诸如，例如，SiC、LiNbO3等。图案化的倾斜可图案化层包括倾斜基底1204和多个特征1205。多个特征1205的暴露表面与波导1201的表面之间的距离跨波导的表面变化。多个特征1205的暴露表面与波导1201的表面之间的距离1209的变化可对应于倾斜基底1204的斜率。
在制造包括分级特征的波导的第一方法中，图案化的可图案化层1203用作正掩模，使得多个特征1205中的高度变化被转移到波导1201的表面。制造包括分级特征的波导的第一方法包括第一步，其中，倾斜的基层1204被蚀刻以暴露多个特征1205之间的波导1201的表面，如图12B-1所示。在各种实施例中，仅蚀刻聚合物层1203的材料而不蚀刻波导1201的材料的蚀刻过程可用于蚀刻倾斜的基层1204。尽管图12B-1所示的多个特征1205的高度可以在蚀刻倾斜基层1204的过程期间被降低，但是至少对于大多数特征可以保留多个特征1205的一部分。制造包括分级特征的波导的第一方法包括第二步，其中，多个特征1205的保留部分以及波导1201的暴露部分被蚀刻以制造包括多个特征1206的波导，如图12B-2所示。在该实施例中，由于过度蚀刻，形成短光栅特征。过度蚀刻是指在蚀刻过程期间完全蚀刻掉蚀刻掩模(例如，图案化的可图案化层1203)之后对光栅特征的蚀刻。这使光栅特征过度暴露于蚀刻材料。因此，随着蚀刻过程的进行，光栅失去了高度和宽度，以及增加了侧壁和拐角的圆角。由过度蚀刻导致的线宽减小和高度减小有利于制造包括设置在倾斜表面上的不同高度的光栅特征的分级光栅结构，如图12B-2所示。使用上文所描述的第一方法制造的图案化波导1201具有基底1207和与基底相对的倾斜表面1208。倾斜表面1208包括多个特征1206。如从图12B-2所示，基底1207和多个特征1206的暴露表面之间的距离跨波导的表面变化。
在制造包括分级特征的波导的第二方法中，图案化的可图案化层1203用作负掩模以在波导1201的表面中形成具有不同深度的凹槽。第二方法包括使用蚀刻过程蚀刻倾斜的基层1204和多个特征1205，该蚀刻过程蚀刻可图案化层1203的材料和波导1201的材料，如图12C所示。在第二制造方法中，波导1201的表面被蚀刻的深度随着可图案化层1203的高度的变化而变化。例如，波导1201的表面被蚀刻的深度在可图案层的高度较低的波导1201的表面的部分中更深，如图12C所示。图12C所描绘的图案化波导1201包括基底1207和多个凹槽1210，其中，多个凹槽的深度1211跨波导的表面变化。
尽管在图12B-2和12C所示的图案化波导的实施例中，多个特征1206和多个凹槽1210的节距被描绘为恒定或几乎恒定，但是波导中的衍射特征的节距以及高度和布置可以取决于所使用的图案在包括分级图案的波导的各种实施例中变化。高度和布置也是不同的。
B.使用分级压印模板
制造包括跨波导表面具有不同高度的特征的波导的另一方法包括在波导的表面上方设置具有恒定高度的可图案化层，并且用具有倾斜或分级压印特征的压印模板压印具有恒定高度的可图案化层。可以使用光刻技术制造具有分级压印特征的压印模板。可图案化层可以包括可以用分级压印模板压印的抗蚀剂材料，诸如，F所示的分级压印模板1320。分级压印模板1320包括具有不同深度1330的多个凹槽1330。
图13B-13D描绘了制造包括具有不同高度的特征的波导的各个步骤。如上文所讨论的，波导1301可以包括具有大于1.8的折射率的光透射材料。在一些实施例中，波导1301可以在包括LiTaO3、LiNbO3、SiC等的衬底上方包括例如SiO2、Si3N4、ZrO2、TiO2等。第一步可以包括在波导1301的表面上方形成可图案化层1303。可图案化层1303的高度跨波导1301的表面可以是恒定的。恒定高度可图案化层1303用分级压印模板1320压印。压印模板1320包括具有不同深度的多个沟槽或凹槽。在所示的示例中，沟槽或凹槽具有逐渐减小的深度。图13B示出了通过用压印模板1320压印可图案化材料层形成的产生的图案化的可图案化层1303。图案化的可图案化层1303包括基底1304和多个特征1306，因此用压印模板1320压印。在图13A和13B所示的实施方式中，具有不同深度的压印模板1320中的沟槽或凹槽对应于并且在具有不同高度1309的可图案化层中产生特征1306。基底1304距波导1301的表面的高度1308跨波导1301的表面是恒定或几乎恒定的。多个特征1306的暴露表面与基底1304的暴露表面之间的高度1309跨波导1301的表面变化。
在第一方法中，可以通过蚀刻通过可图案化层1303和波导1301的表面来将分级高度图案转移到波导1301的表面以获得包括具有多个具有分级高度的特征1310的表面的波导，如图13D所示。在一些实施方式中，例如，可以使用RIE、ICP或大气等离子体(AP)蚀刻过程将分级高度图案蚀刻到波导1301的表面。在一些实施方式中，F、Ar、O、-CH化学物质可用于蚀刻通过可图案化层1303和波导1301的表面。使用该方法，可以在单个步骤中将分级高度图案转移到波导1301的表面。
将分级高度图案转移到波导1301的表面的第二方法包括两个步骤。第一步包括蚀刻可图案化层的基底1304以暴露波导1301的表面的部分，如图13C所示。在某些实施方式中，例如，第一步包括使用RIE、ICP或使用Ar、O化学物质的大气等离子体(AP)蚀刻过程来蚀刻可图案化层的基底1304。多个特征1306的高度1309可以在蚀刻基底1304的过程期间被减少。第二步包括蚀刻通过多个特征1306的剩余部分和波导1301的表面。例如，第二步可以包括使用RIE、ICP或使用F、Ar、O、CH化学物质的大气等离子体(AP)蚀刻过程来蚀刻通过多个特征1306的剩余部分和波导1301的表面。波导1301的表面中的蚀刻深度可以取决于蚀刻化学物质和特征尺寸的高度而变化。例如，在各种实施例中，蚀刻深度可以与特征的高度成正比，使得最高的压印特征可以产生最深的蚀刻深度，并且最小的压印高度可以产生最小的蚀刻深度，如图13D所示。由于过度蚀刻，最短特征的高度可以被进一步降低。尽管在图13D所示的图案化波导的实施例中，多个特征1310的节距被描绘为恒定或几乎恒定，但是波导中的特征的节距以及高度和布置可以取决于图案在包括分级图案的波导的各种实施例中变化。
C.使用分级占空比
在蚀刻波导的表面的各种方法中，蚀刻深度可取决于暴露于蚀刻剂的波导表面的面积。因此，可以通过改变暴露于蚀刻剂的波导表面的面积来获得包括具有不同高度的多个特征的波导表面。图14示出了制造具有分级高度图案的波导的方法。方法包括在波导1401的表面上方沉积可图案化层1403。波导可以包括具有大于或等于1.8的折射率的材料。聚合物层1403可以包括具有不同节距的多个特征，使得聚合物层1403的连续特征之间的间隙1405跨波导的表面变化，如图14A所示。由于蚀刻速率取决于波导1401的暴露表面积，因此将在波导1401的表面中蚀刻具有不同高度的特征。例如，对应于具有连续特征之间的较小间隙的可图案化层1403的部分的波导1401的表面的部分中形成的特征的高度将小于对应于具有连续特征之间的较大间隙的可图案化层1403的部分的波导1401的表面的部分中形成的特征的高度，如图14B所示。
D.使用不同组成的抗蚀剂材料
制造具有分级高度图案的波导的另一方法包括在波导的表面的不同部分处沉积至少两种不同组成的可图案化材料(例如聚合物、抗蚀剂)。在暴露于相同蚀刻剂时，至少两种不同组成的可图案化材料具有不同的蚀刻速率。因此，取决于对应的可图案化材料(例如抗蚀剂)材料的蚀刻速率，波导的表面的不同部分将具有不同尺寸的特征。以这种方式，可以用单次蚀刻制造包括具有不同高度的多个特征的波导。喷射沉积技术在将不同的抗蚀剂组合物分配在衬底的不同部分上方时可能是有利的。
图15A和15B示出了通过在波导的不同区域中沉积不同组成的可图案化材料来制造具有分级图案的波导的各个步骤。第一步包括在波导1501的第一部分上提供包括可图案化材料(例如，第一抗蚀剂材料，或第一聚合物)的第一组合物的第一图案化层1503和在波导1501的第二部分上提供包括可图案化材料(例如，第二抗蚀剂材料，或第二聚合物)的第二组合物的第二图案化层1505，如图15A所示。第一图案化层1503可以通过在波导1501的第一部分上沉积(例如，使用喷射沉积技术)可图案化材料的第一组合物来提供。第二图案化层1505可以通过在波导1501的第二部分上沉积(例如，使用喷射沉积技术)可图案化材料的第二组合物来提供。可图案化材料的第一组合物的沉积层和可图案化材料的第二组合物的沉积层的厚度可以与图15A所示的相同。然而，在一些实施例中，可图案化材料的第一组合物的沉积层和可图案化材料的第二组合物的沉积层的高度可以不同。可图案化材料的第一组合物和第二组合物的沉积层可以使用压印模板来图案化。如图15A所示，压印模板可以被配置为在可图案化材料的第一组合物的沉积层和可图案化材料的第二组合物的沉积层上压印相同的图案。然而，在其他实施例中，压印模板可以被配置为在可图案化材料的第一组合物的沉积层和可图案化材料的第二组合物的沉积层上压印不同的压印图案。在各种实施例中，可图案化材料的第一组合物和可图案化材料的第二组合物可包括具有不同蚀刻速率的可图案化材料。第一组合物的沉积层可以蚀刻更慢并且因此在波导1501中产生具有更大高度的衍射特征，而第一组合物的沉积层可以蚀刻更快并且因此产生具有更短高度的衍射特征。在各种实施例中，可图案化材料的第一组合物和可图案化材料的第二组合物可以具有不同重量百分比的硅(Si)，使得第一抗蚀剂材料和第二抗蚀剂材料的蚀刻速率在-F、Ar、-CH和O基化学物质方面不同。例如，可图案化材料的第一组合物和可图案化材料的第二组合物可以选自美国专利No.7,282,550中描述的可用于提高蚀刻选择性的一般类别的包括硅的压印抗蚀剂。美国专利No.7,282,550以整体内容通过引用并入本文。可图案化材料的第一组合物和可图案化材料的第二组合物的组合物可以类似于美国专利No.7,282,550中描述的组合物1、2、3、4、5、6、7、8，其以整体内容通过引用并入本文。因此，在一些实施方式中，可以使用如图15B所示的一步蚀刻配方来制造包括分级图案的波导。然而，也可以采用其他方法。
E.包括多层涂层的波导
本文所描述的波导的各种实施例可以提供有多层涂层，该多层涂层被使用上文所描述的不同蚀刻、可能分级蚀刻、方法图案化以包括具有不同高度、深度和/或节距的特征。在一些实施方式中，多层涂层可包括至少两层，其包括具有不同折射率的材料。图16A-2、16B-2a、16B-2b、和16C-2示出了这样的波导的实施例。多层涂层可以有利地减少归因于反射的损耗和/或减少视觉伪影。在一些实施方式中，不同高度和/或节距的特征可用于提供在波导内通过全内反射传播的光的幅度和/或相位调制。下文描述了制造波导的这样的实施例的方法。
图16A-2示出了包括多个特征1610的波导1601的第一实施例。多个特征1610包括具有不同折射率的多个材料层。图16A-2所示的实施例可以通过提供涂覆有多层涂层的波导1601并且在如图16A-1所示的多层涂层上方形成图案化层1603来制造。多层涂层可以包括具有不同折射率的多个层1605、1607和1609。例如，如图16A-1所示，多层涂层可以包括：最接近波导的第一层1605，例如，包括TiO2，具有约2.2与约2.3之间的折射率；第二层1607中间层，包括，例如，Si3N4，具有比第一层更低的折射率，例如，具有约1.9的折射率；以及最远离波导的第三层1609，例如，包括SiO2，具有比第二层更低的折射率，例如，具有约1.45的折射率。因此，从最接近波导的层到最远离波导的层，折射率可以是从高到低折射率值的被分级。因此，在一些实施方式中，这样的多层涂层可以分级将波导1601的折射率(其对于LiNbO3可以是约2.3–2.4)与周围环境(例如，空气)的折射率相匹配，以减少用于从周围环境入射在波导1601上的光诸如由于菲涅耳反射和/或用于通过全内反射在波导中传播的光的光损耗。在这样的实施例中，经由全内反射(TIR)传播的光的幅度可以由多层涂层调制。此外，在这样的实施例中，可以增加穿过波导的世界光的量。此外，在这样的实施例中也可以减少虚拟光的重影反射量。
可以通过使用各种沉积技术在多层涂层上方沉积一层可图案化材料(例如，聚合物或抗蚀剂)来获得图案化层1603，包括但不限于喷射沉积技术以及使用压印模板或其他光刻方法图案化可图案化材料的沉积层。在一些实施方式中，可图案化材料的沉积层的高度可以跨多层涂层的表面变化。可以用包括具有不同高度、深度、节距和/或布置的特征的压印模板对可图案化材料层进行图案化，以获得包括具有不同高度、深度和/或节距的特征的图案化层1603，如图16A-1所示。图案化层1603可以使用上文所讨论的单步或多步蚀刻技术使用例如F、Ar、O、CH化学物质来蚀刻。图16A-2示出了结果。如图所示，尽管衍射特征之间的深度不同，但是形成在波导中的衍射特征的顶部处于相同高度。在该设计中，例如，深度逐渐增加。之所以产生这种效应，是因为多层的顶层1609中的材料(例如，在该示例中SiO2)的蚀刻速率具有比蚀刻掩模1603中的可图案化材料的蚀刻速率足够慢的蚀刻速率。在蚀刻掉顶层1609之前蚀刻掉蚀刻掩模1603中的可图案化材料。其他层中的一个或多个中的材料的蚀刻速率，诸如最低层1605(例如，包括TiO2)也可以具有比蚀刻掩模1603中的可图案化材料的蚀刻速率足够慢的蚀刻速率，使得在该铸造中下层没有被蚀刻通过到蚀刻掩模1603被蚀刻掉的波导。
图16B-2a示出了包括多个特征1610的波导1601的第二示例实施例。此外，图16B-2a的多个特征1610的不同特征具有不同的材料组成。多个衍射特征1610再次由在该示例中包括三层(下、中和上)1605、1607、1609的多层形成。然而，在该设计中，图16B-2a的多个特征1610的高度是不同的。例如，可以通过使蚀刻掩模1603中的可图案化材料的蚀刻速率类似于多层中的层(诸如，多层中的顶层1609)的蚀刻速率来实现该效果。如上文所讨论的，可图案化材料中的Si可用于提供蚀刻掩模的较慢蚀刻。其他方法是可能的。图16B-2b所示的波导的实施例可以通过蚀刻诸如图16B-1所示的图案化层1603来制造。图16B-1所示的蚀刻掩模1603与图16A-1所示的蚀刻掩模的不同之处在于，分隔蚀刻掩模中的特征的区域是平坦的(不同于图16A-1所示的蚀刻掩模中的特征之间的区域，其在其中具有高度的变化(例如，台阶))。此外，将图16B-1所示的蚀刻掩模1603中的特征分隔开的不同区域在相同水平处。相反，对于图16A-1所示的蚀刻掩模1603，分隔第一特征和第二特征(最左边特征和中间特征)的区域与分离第二特征和第三特征(中间特征和最右边特征)的区域处于不同的高度。在各种实施方式中，用于图16B-1和16B-2b所示的设计/方法的蚀刻掩模1603的蚀刻速率可以类似于多层中的层1605、1607、1609的蚀刻速率。
图16C-2示出了包括多个特征1610的波导1601的第三示例实施例。图16C-2的多个特征1610的不同特征具有不同的宽度。图16C-2所示的波导的实施例可以通过蚀刻图16C-1所示的图案化层1603来制造。
变型是可能的。例如，尽管在多层中包括三层，但是在其他设计中可以采用更多或更少的层。类似地，可以使用不同的材料。
VI.在图案化抗蚀剂层上沉积高折射率折射材料
包括具有大于或等于约1.8的折射率的高折射率材料(诸如，Si3N4、ZrO2、TiO2、或SiC等)的图案化层的各种实施例可以通过经由例如气相沉积在具有小于约1.8的折射率的图案化层上沉积具有大于或等于约1.8的折射率的高折射率材料(诸如，Si3N4、ZrO2、TiO2、或SiC等)来制造。气相沉积技术可包括物理气相沉积(PVD)技术和化学气相沉积技术(CVD)。各种PVD技术可包括但不限于溅射、蒸发、掠射角沉积。各种CVD技术可包括但不限于APPECVD、低压(LP)PECVD、高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)或ALD。具有小于约1.8的折射率的图案化层可以通过在衬底(例如，包括具有大于或等于约1.8的折射率的材料的衬底)上方沉积(例如，使用喷射沉积技术)具有小于约1.8的折射率的可图案化材料(例如，聚合物或抗蚀剂)来获得。沉积的可图案化材料随后可以被图案化，例如，利用接触压印光刻或其他光刻方法。如上文所讨论的，压印在沉积的可图案化材料上的图案可以具有不同的高度和/或节距。可以在可图案化材料上沉积具有较高折射率(诸如等于或大于1.8的折射率)的另一层，可能在可图案化材料已被图案化之后。
图17A和17B示出了在具有小于约1.8的折射率的图案化层上方沉积具有大于或等于约1.8的折射率的材料(诸如，例如，Si3N4、ZrO2、TiO2、或SiC等)的方法。这样的沉积可以使用PVD完成。具有小于约1.8的折射率的图案化层1703被沉积在波导1701上方。波导可以包括具有高折射率的材料，诸如，LiNbO3、SiC、Si3N4等。如上文所讨论的，图案化层1703可以通过在波导1701的表面上方沉积可图案化材料层(例如，使用喷射沉积技术)并且经由接触压印光刻或其他光刻技术图案化可图案化材料层来获得。如上文所讨论的，图案化层1703可以包括具有均匀高度、深度和/或节距的特征或者具有不同高度、深度和/或节距的特征。如图17B所示，可以在图案化抗蚀剂层1703上方沉积包括高折射率材料(例如，大于或等于约1.8的折射率)的层1705，诸如TiO2、ZrO2。PVD技术，诸如，使用分子电子束的蒸发、溅射或掠射角沉积，可用于沉积。在各种实施例中，层1703可以包括例如标准绿色节距图案(350nm～400nm)或标准红色节距图案(400nm～480nm)。在各种实施例中，层1703可以包括具有比波导1701的折射率和/或沉积层1705的折射率更小的折射率。不依赖于任何特定理论，PVD过程像电子束蒸发是定向过程并且高折射率材料层1705主要沉积在平行于波导1701的表面的抗蚀剂层1703的表面上方。因此，如图17B所示，可以减少和/或可以忽略或最小化高折射率材料在抗蚀剂层1703的多个特征的侧壁上的沉积。在一些实施方式中，可以采用其他较少定向沉积技术。例如，溅射可用于在抗蚀剂层1703的所有暴露表面上方沉积高折射率材料层1705，如图17C所示。因此，可以采用主要沉积在水平表面上并且在垂直表面上可忽略的量的沉积过程。例如，在各种实施例中，水平表面上的沉积材料的厚度可以在约5nm和约100nm之间。可替代地，可以采用在水平表面和垂直表面上沉积不可忽略量的沉积过程。在这样的实施例中，垂直和水平表面上的沉积材料的厚度可以在约5nm和约100nm之间。
在各种实施例中，可以使用掠射角沉积来沉积高折射率材料层1705。在这样的实施例中，高折射率材料层1705被优选沉积在图案化抗蚀剂层1703的多个特征的一侧面上，如图17D和17E所示。例如，层1705可以更多地沉积在特征的第一侧面上的侧壁上而不是与第一侧面相反的特征的第二侧面上的侧壁上。在图17D中，高折射率材料层1705被优选沉积在图案化层1703的多个特征的右侧壁上，而在图17E中，高折射率材料层1705被优选沉积在图案化抗蚀剂层1703的多个特征的左侧壁上。
使用上文所讨论的沉积技术制造的图案化波导可以与诸如上文所讨论的可穿戴显示系统60的显示系统集成。在与可穿戴显示系统集成时，图17B、17C、17D和17E描绘的波导可以增加从波导输出的光的整体效率。如图17B-17E所示，在图案化聚合物层上方提供的图案化高折射率材料可以增加单反射衍射效率，其进而可以增加从波导输出的光的总体效率。
可穿戴显示系统可以受益于在包括低折射率材料的图案化层上使用高折射率材料的掠射角沉积制造的波导，如图17D和17E所描绘的。波导上的这样的衍射结构可以潜在地输出在波导1701中传播的光，该光基于沉积取向通过包括图案化(例如抗蚀剂)层1703的波导1701的表面或与图案化(例如抗蚀剂)层1703相反的波导1701的表面。例如，考虑图9A所描绘的波导堆叠660的实施例，其中，光学元件800、810和820包括在图17D和17E中所描绘的图案化层(例如抗蚀剂层)上方使用高折射率材料的掠射角沉积制造的特征。在这样的实施例中，如果高折射率材料的掠射角沉积的取向使得远离光来自的光学元件(诸如，OPE730、740和750)的多个特征的侧壁涂覆有高折射率材料，则可以增加指向观看者的光量。
VII.伪影减轻：
A.彩虹效应的减轻
如上文所讨论的，显示设备的各种实施例，诸如，可穿戴显示设备60，可以包括一个或多个波导，该波导包括一个或多个光学元件，该光学元件被配置为耦入入射光(例如，耦入光学元件700、710和720)，被配置为分布耦入光(例如，OPE 730、740和750)和/或被配置为将耦入光耦出到观看者(例如，EPE 800、810和820)。被配置为分布耦入光(例如，OPE730、740和750)和/或被配置为将耦入光耦出到观看者(例如，EPE 800、810和820)的一个或多个光学元件也可以耦入可能在观看者视场中产生不希望的光学伪影(例如，彩虹效应、重影、光输出量减少等)的环境光。下面讨论了减少/减轻各种光学伪影的不同方法。
在不依赖于任何特定理论的情况下，耦入环境光的效率可以取决于被配置为分布耦入光(例如，OPE 730、740和750)和/或被配置为将耦入光耦出到观看者(例如，EPE 800、810和820)的一个或多个光学元件中包括的特征(例如，光栅元件/凹槽)的高度(或深度)。例如，较高的特征(例如，具有大于或等于约50nm的高度的特征)在耦入环境光方面可能比较短的特征(例如，具有小于或等于约50nm的高度的特征)更有效。因此，在显示设备的各种实施例中，被配置为分布耦入光(例如，OPE 730、740和750)和/或被配置为将耦入光耦出到观看者(例如，EPE 800、810和820)的一个或多个光学元件可以包括较短的特征(例如，具有小于或等于约50nm的特征)。例如，被配置为分布耦入光(例如，OPE 730、740和750)和/或被配置为相对于波导1801的表面将耦入光耦出到观看者(例如，EPE 800、810和820)的一个或多个光学元件中包括的特征的高度可以大于或等于约10nm并且小于或等于50nm、大于或等于约15nm并且小于或等于45nm、大于或等于约20nm并且小于或等于40nm、大于或等于约10nm并且小于或等于25nm、大于或等于约10nm并且小于或等于约30nm、大于或等于约30nm并且小于或等于50nm、或由这些值中的任一个定义的任何范围/子范围。在不失一般性的情况下，如果光栅结构的线宽和节距保持不变，则实现相同单反射衍射效率的光栅结构的高度或深度在包括较高折射率的材料中比包括较低折射率的材料中更短。例如，在线宽和节距相同时，具有约2.2的折射率的材料中的15nm高线可以与包括具有约1.53的折射率的材料中的折射率光栅结构的材料中的80nm高线具有相同的单反射衍射效率。
图18A-18C描绘了包括多个特征1803的波导1801的各种实施例，该特征1803具有小于或等于约50nm，诸如，大于或等于约10nm并且小于或等于50nm、大于或等于约15nm并且小于或等于45nm、大于或等于约20nm并且小于或等于40nm、大于或等于约10nm且小于或等于25nm、大于或等于约10nm并且小于或等于30nm、大于或等于约30nm并且小于或等于50nm、或由这些值中的任一个定义的任何范围/子范围的高度。波导1801可以包括具有大于或等于1.8的折射率的材料。例如，波导1801可以包括LiNbO3、SiC和/或TiO2。
在一些实施例中，可以使用本文所讨论的各种方法在波导1801的表面中形成多个特征1803，如图18A所示。在一些实施例中，高折射率材料层1807(例如，具有大于或等于约1.8的折射率的材料)可以被设置在波导1801的表面上方并且可以使用本文所讨论的各种方法蚀刻高折射率材料层的部分来形成如图18B和18C所示的多个特征1803。高折射率材料层1807可包括具有高折射率的材料，诸如，大于或等于1.8并且小于或等于4.5、大于或等于2.2并且小于或等于4.2、大于或等于2.3并且小于或等于4.0、大于或等于2.5并且小于或等于3.7或由这些值定义的范围/子范围内的任何值的折射率。这些范围之外的值也是可能的。例如，涂层1807可以包括SiC或TiO2。在一些实施例中，高折射率材料层1807可以从波导的缺少多个特征1803的部分(例如在特征1803之间)移除，如图18B所示。替换地，高折射率材料层1807的一部分可以保留在波导1801的缺少多个特征1803的部分中(例如，在特征1803之间)，如图18C所示。高折射率材料层1807的保留部分距波导1801表面的高度可以小于多个特征1803的高度。例如，在各种实施例中，高折射率材料层1807的保留部分距波导1801的表面的高度可以小于20nm(例如，小于或等于15nm、小于或等于12nm、小于或等于10nm、小于或等于5nm、或这些值中的任一个之间的任何范围)。这些范围之外的值也是可能的。如图18A-18C所示，波导1801的各种实施例还可包括抗反射涂层1805。
图18D描绘了包括比图18A-18C所示的多个特征1803更高的多个特征1811的波导1801的实施例。多个特征1811距波导1801的表面的高度可以大于约50nm。例如，多个特征1811距波导1801的表面的高度可以大于约50nm并且小于或等于约75nm、大于或等于约60nm并且小于或等于约80nm、大于或等于约75nm并且小于或等于约90nm、大于或等于约80nm并且小于或等于约100nm、或这些值中的任一个之间的任何范围。这些范围之外的值也是可能的。多个特征1811可以被形成在可图案化层1809中，该可图案化层1809包括具有小于1.8的折射率的聚合物(例如，抗蚀剂)。例如，可图案化层1809的折射率可以在1.4与1.5之间、在1.45与1.6之间、在1.5与1.65之间、在1.6与1.7之间、在1.7与1.75之间、在1.75与1.8之间、在1.8与1.85之间或在由这些值定义的范围/子范围内的任何值。这些范围之外的值也是可能的。在一些实施方式中，可图案化层1809可以保留在波导1801的缺少多个特征1811的部分中，如图18D所示。在各种实施例中，可图案化层1809的保留部分的高度可以小于20nm。其他范围也是可能的。可以在波导1801的表面上提供抗反射涂层1805，该表面与包括多个特征1811的表面相反。图18D所示的波导1801的实施例在锐度、效率、均匀性等方面的光学性能可以类似于图18A-18C所示的波导1801的实施例的光学性能。由于比包含具有相对较短的特征的图18A-18C所示的波导1801的实施例的显示设备更高的多个特征1811，因此包含图18D所示的波导1801的实施例的显示设备在观看者的视场中可能具有更显著的不期望的衍射效应(例如，彩虹效应)。然而，高度可以是更高或更低的。
在波导18A-18C的各种实施例中，例如，如图19A-19D所示，包括具有小于约1.6的折射率的材料的平坦化层1901可以被设置在多个特征1803上方，以进一步减少可以通过波导的EPE通过外部光耦入进入观看者的FOV的不期望的视觉伪影。平坦化层1901可以包括具有在约1.3与约1.4之间、在约1.4与约1.5之间、在约1.5与约1.6之间、或由这些值定义的范围/子范围中的任何值的折射率的材料。这些范围之外的值也是可能的。平坦化层1901还可以有利地减少反射损耗和/或促进多个波导的堆叠。平坦化层1901可以通过使用喷射沉积技术或本文所描述的其他沉积方法(包括PVD和CVD)沉积具有小于或等于约1.6的折射率的材料并且将沉积的材料与平坦化模板接触来获得。在一些实施例中，平坦化层1901可以仅设置在暴露于环境并且缺少多个特征1803的波导的部分上方，如图19A所示。替换地，如图19B-19D所示，平坦化层1901可以被设置在多个特征1803上方。在各种实施例中，顶部涂层1901可以具有约50nm与约150nm之间的厚度。平坦化可以使用在各种设计中。图19A-19B示出了与形成在波导1801中的特征1803一起使用的平坦化，而图19A-19B示出了与形成在波导1801上的层1807中的特征1803一起使用的平坦化。
高折射率材料层2001可以包括与波导1801的材料不同的材料。例如，可以使用上文所讨论的PVD或CVD技术来沉积高折射率材料层2001。例如，可以使用如上文所讨论的分子电子束蒸发来沉积高折射率材料层2001。在高折射率材料层2001使用分子电子束蒸发沉积时，高折射率材料可以被沉积在平行于波导的表面的多个特征1811的表面上，如图20A所示，但是侧壁上具有可忽略的、较低的或减少的量。作为另一示例，高折射率材料层2001可以使用如上文所讨论的溅射来沉积。当高折射率材料层2001使用溅射沉积时，不可忽略量的高折射率材料可以被形成在平行于波导的平面底面或顶表面的多个特征1811的表面以及侧壁上方，如图20B所示。因此，高折射率材料层2001可以包括在平行于波导的表面的多个特征1811的表面上方，如图20A所示，但是在侧壁上具有可忽略的、较低的或减少的量，或者在平行于波导的表面的多个特征1811的表面上方，如图20A所示，以及在侧壁上具有不可忽略的量。在各种这样的实施例中，如图20A和20B所示，可以在多个特征1811上方进一步形成平坦化层1901。如上文所讨论的，在一些实施方式中，平坦化层1901可以包括具有在约1.3与约1.4之间、在约1.4与约1.5之间、在约1.5与约1.6之间、或由这些值定义的范围/子范围中的任何值的折射率的材料。在一些情况下，图20A和20B所描绘的波导1801的设计在包含在显示设备(例如，可穿戴显示设备)时，与包括图18D所描绘的波导1801的设计的显示设备相比，可以示出不期望的衍射伪影的显著减少。
B.减轻反射损耗
如上文所讨论的，显示设备的各种实施例，诸如，可穿戴显示设备60，可以包括一个或多个波导，该波导包括一个或多个光学元件，该光学元件被配置为耦入入射光(例如，耦入光学元件700、710和720)，被配置为分布耦入光(例如，OPE 730、740和750)和/或被配置为将耦入光耦出到观看者(例如，EPE 800、810和820)。然而，显示设备(诸如，可穿戴显示设备60)的各种实施例的光学性能可以由于被配置为耦入入射光的一个或多个光学元件(例如，耦入光学元件700、710和720)、被配置为分布耦入光的一个或多个光学元件(例如，OPE 730、740和750)和/或被配置为将耦入光耦出到观看者的一个或多个光学元件(例如，EPE 800、810和820)而折中。因此，如果被配置为耦入入射光的一个或多个光学元件(例如，耦入光学元件700、710和720)、被配置为分布耦入光的一个或多个光学元件(例如，OPE730、740和750)和/或被配置为将耦入光耦出到观看者的一个或多个光学元件(例如，EPE800、810和820)被配置为减少反射损耗，则其将是有利的。下面描述了减少反射损耗的各种光学元件和方法。下文所描述的实施例还可以具有附加优点，例如小形状因子和/或减少重影。
在显示设备的各种实施例中，诸如，可穿戴显示设备60，抗反射(AR)涂层或结构可以相对于被配置为耦入入射光的一个或多个光学元件(例如，耦入光学元件700、710和720)、被配置为分布耦入光的一个或多个光学元件(例如，OPE 730、740和750)和/或被配置为将波导内引导的光耦出到观看者的一个或多个光学元件(例如，EPE 800、810和820)来设置。
图21示出了波导2101的实施例，其包括被配置为耦入入射光的光学元件2107(例如，耦入光栅(ICG))、被配置为分布耦入光的光学元件2105(例如，OPE)和/或被配置为将耦入光耦出到观看者的光学元件2103(例如，EPE)。波导2101可以包括具有高折射率(例如，大于或等于1.8的折射率)的材料。例如，波导2101可以包括具有大于或等于2.2和/或小于或等于2.3的折射率的材料。光学元件2107、光学元件2105和/或光学元件2103可以包括被配置为衍射/折射光的多个特征。例如，光学元件2107、光学元件2105和/或光学元件2103可以包括衍射光栅。包括多个特征的光学元件2107、光学元件2105和/或光学元件2103可以使用制造本文所讨论的多个特征的一种或多种方法而设置在波导2101的一个或多个表面中或在波导2101的一个或多个表面上方。
金属涂层2111可以被设置在光学元件2107(例如，耦入光栅(ICG))上方，该光学元件2107被配置为如图21所示耦入入射光以防止/减少耦入光的反射。
在一些实施例中，抗反射涂层/结构2109可以被设置在波导2101的表面上，该表面与光学元件2107被设置在其上的波导2101的表面相反，如图21所示。抗反射涂层/结构2109可以使用上文所讨论的基于真空的涂覆方法或基于非真空的方法形成。如上文所讨论的，抗反射涂层/结构2109可以包括几何图案，诸如，线、孔、凹槽、柱和/或凸块。在各种实施例中，几何图案，诸如，线、孔、凹槽、柱和/或凸块可以是具有小于约150nm的尺寸(例如，长度、高度、深度和/或节距)的纳米结构。例如，在各种实施例中，几何图案，诸如，线、孔、凹槽、柱和/或凸块可以是纳米结构，可以具有尺寸(例如，长度、高度、深度和/或节距)，可以在约1nm与约150nm之间、在约10nm与约140nm之间、在约20nm与约130nm之间、在约30nm与约120nm之间、在约40nm与约100nm之间、在约50nm与约75nm之间、或由这些值中的任一个定义的范围/子范围内的任何值。
包括几何图案的抗反射涂层/结构2109可以通过使用上文所讨论的基于真空的涂覆方法或基于非真空的方法沉积具有比波导2101的材料的折射率更小的折射率的材料并且使用压印模板压印几何图案来制造。抗反射涂层/结构2109。此外，抗反射涂层/结构2109还可以减少可能由从波导和/或投影仪的部件(例如，投影仪的透镜)的表面反射的光的耦入引起的重影图像。抗反射涂层/结构2109与波导2101的结合可以将来自波导2101的相反表面的反射降低到小于约1.5％。相反，在没有抗反射涂层/结构2109的情况下，来自波导2101的相反表面的反射可以大于约15％。
如图21所示，在第一衍射光学元件和第二衍射光学元件的各种实施例中，可以设置在波导的第一侧面和第二相反侧面上。例如，光学元件2105(例如，OPE)可以被提供在波导2101的表面上，该表面与提供光学元件2103(例如，EPE)的表面相反。同样地，耦入光学元件2107可以与耦出光学元件2103在波导的相同侧面或相反侧面上。这样的设计和结构可以具有减少的形状因子。在一些实施例中，光学元件2105和光学元件2103可以包括多个衍射特征，如图21所示。在一些这样的实施例中，光学元件2105的多个特征可以与光学元件2103的多个特征偏移。在包括类似于波导2101的多个波导的堆叠的显示设备(诸如，可穿戴显示设备60)中，堆叠中的一个波导的光学元件2105的多个特征可以与堆叠中的相邻波导的光学元件2103的多个特征偏移。这样的配置可以有利地减少或减轻重影。因此，在各种实施方式中，第一衍射光学元件和第二衍射光学元件可以在相同或不同的波导上彼此偏移。
被配置为将波导内引导的光耦出到观看者的光学元件2103(例如，EPE)可以通过在光学元件上方设置一个或多个反射减轻层而被配置为较低反射的，该反射减轻层包括具有比波导2101的材料的折射率更小的折射率的材料。例如，设置在光学元件2103上方的一个或多个反射减轻层可以包括具有约1.2与1.7之间的折射率的材料。图22A-22D示出了包括设置在波导2101的表面上方的光学元件2103的波导2101的各种实施例。光学元件2103可包括多个特征(例如，衍射特征)。可以使用本文所讨论的一种或多种方法在波导2101的表面中制造多个特征。在一些实施例中，光学元件2103的多个特征可以使用本文所讨论的一种或多种方法在包括设置在波导2101的表面上的高折射率材料或低折射率材料的层中制造。在图22A-22D所示的实施例中，波导2101可以包括具有大于或等于1.8的折射率的材料。例如，波导2101可以包括具有约2.3与2.4之间的折射率的材料，诸如，LiNbO3。在诸如如图22A所示的一些实施例中，包括具有约1.38的折射率的氟化镁(MgF2)的反射减轻层2201a被设置在多个特征上方。在诸如如图22B所示的一些实施例中，包括具有约1.45的折射率的二氧化硅(SiO2)的反射减轻层2201b被设置在多个特征上方。在诸如如图22C所示的一些实施例中，包括具有约1.52的折射率的聚合物(例如，抗蚀剂)的反射减轻层2201c被设置在多个特征上方。在一些实施例中，包括不同材料的多个反射减轻层可以被设置在多个衍射特征上。在一些实施方式中，不同的材料具有不同的折射率。不同的材料可以具有与包括波导的材料的折射率不同的折射率。在一些实施方式中，包括多个反射减轻层的不同材料的折射率小于包括波导的材料的折射率。在一些实施方式中，多个反射减轻层中的更远离波导的一者的折射率小于多个反射减轻层中的更接近波导的一者的折射率。例如，如图22D所示，包括具有约1.38的折射率的氟化镁(MgF2)的第一反射减轻层2201a和包括具有约1.45的折射率的二氧化硅(SiO2)的第二反射减轻层2201b被设置在多个特征上方。如图所示，第二反射减轻层2201b具有比第一反射减轻层2201a更高的折射率。反射减轻层2201a、2201b具有小于波导的折射率。其他设计是可能的。例如，三层或更多层反射减轻层可以包括在多个反射减轻层中。在一些实施方式中，最远离波导的反射减轻层(最外反射减轻层)具有低于最接近波导的反射减轻层(最内反射减轻层)的折射率。在一些实施方式中，最远(最外)反射减轻层与最近(最内)反射减轻层之间的一个或多个反射减轻层可以具有在最远(最外)反射减轻层与最近(最内)反射减轻层的折射率之间的折射率。其他设计是可能的。
在没有反射减轻层2201a-2201d的情况下，来自具有约2.3-2.4的折射率的波导2101的图案化表面的反射损耗，以约0度的角度入射的光的反射可以是约14％。然而，在一个或多个反射减轻层2201a-2201d被形成在具有约2.3-2.4的折射率的波导2101的图案化表面上方时，反射损耗可以小于约8％。在一些实施例中，反射减轻层2201a-2201d可以是涂层的一部分、沉积的预压印或压印抗蚀剂的一部分。
在一些实施例中，反射减轻层2201a-2201d可以使用不同的技术沉积在光学元件2103的多个特征上，如图23A-23C所示，这些技术导致反射减轻层的不同特性，诸如反射减轻层的共形性如何沉积层以及什么表面由反射减轻层覆盖。例如，反射减轻层2201a-2201d可以使用掠射角沉积(GLAD)方法沉积，如图23A所示。在一些实施方式中，在使用GLAD方法将反射减轻层2201a-2201d沉积在光学元件2103的多个特征上时，仅平行于光学元件2103的表面的光学元件2103的多个特征的顶表面包括反射减轻层的材料(例如，低折射率材料或具有低于波导的折射率的材料)。使用掠射角沉积(GLAD)方法的反射减轻层2201a-2201d的沉积可以被配置为使得光学元件2103的多个特征的侧壁和光学元件2103的沟槽的表面包括更少或不超过可忽略量的反射减轻层的材料(例如，低折射率材料或具有低于波导的折射率的材料)，如图23A所示。
作为另一示例，反射减轻层2201a-2201d可以使用将反射减轻层的材料(例如，低折射率材料或具有小于波导的折射率的材料)沉积在平行于波导2101的表面和光学元件2103的沟槽的表面的光学元件2103的多个特征的顶表面上的方法(例如，定向双层沉积)沉积，而光学元件2103的多个特征的侧壁包括更少或不超过可忽略量的反射减轻层的材料(例如，低折射率材料或具有低于波导的折射率的材料)，如图23B所示。
作为又一示例，反射减轻层2201a-2201d可以使用诸如保形溅射或CVD的方法来沉积，使得包括侧壁的光学元件2103的多个特征的水平和垂直暴露表面以及沟槽的底部或底面包括反射减轻层的材料(例如，低折射率材料或具有低于波导的折射率的材料)，如图23C所示。
图24A-24H示出了提供在光学元件2103(例如，EPE)上方的各种涂层/结构，其被配置为朝向观看者输出在波导2101中传播的光以减少归因于反射的损耗。例如，包括具有比波导2101的材料的折射率更小的折射率的材料的反射减轻层2401可以被设置在光学元件2103上方，如图24A-24F所示。反射减轻层2401可以使用沉积技术来沉积，诸如，旋涂、喷墨、槽模、刀刃等。在各种实施例中，反射减轻层2401可以平坦化。在一些实施例中，波导2101可以包括具有大于约1.8的折射率的材料。例如，波导2101可以包括具有约2.2与2.3之间的折射率的材料。在一些这样的实施例中，反射减轻层2401可以包括具有小于约1.6的折射率的材料。例如，反射减轻层2401可以包括具有在约1.2与1.35之间的折射率的基于聚四氟乙烯的聚合物材料。作为另一示例，反射减轻层2401可以包括具有在约1.3与大约1.6之间的折射率的材料。也可以使用具有在这些值的折射率的反射减轻层2401。在一些实施例中，结构稳定性提供层2403可以被设置在反射减轻层2401上方以提高波导2101的结构稳定性，如图24B所示。在各种实施例中，结构稳定性提供层2403可以包括玻璃，诸如AR玻璃。在不失一般性的情况下，AR玻璃是具有约1.45与1.8之间的折射率的玻璃衬底，在一侧面上或两侧面上具有抗反射(AR)涂层。抗反射(AR)涂层可以将每侧的表面反射降低到<1％。玻璃上的AR涂层可以包括交替的高折射率和低折射率(诸如TiO2(n＝2.3)和SiO2(n＝1.45)交替的)涂层。
在一些实施例中，光学元件2103可以包括多个衍射特征，该多个衍射特征包括与波导2101的材料不同的具有大于或等于约1.8的折射率的另一材料，如图24C-24F所示。图24C示出了包括具有倾斜反射表面的耦入光学元件2107的波导2101。反射减轻层2401被设置在多个衍射特征上方，该多个衍射特征具有包括在波导2101上的光学元件2103。图24D示出了包括衍射光学元件2103的波导2101，该衍射光学元件2103包括多个衍射特征，还具有被设置在多个衍射特征上方的反射减轻层2401。还在波导与多个衍射特征之间示出了层。图24E和24F示出了设计，其中，材料层2405被包括在反射减轻层2401与具有包括在波导2101上的光学元件2103的多个衍射特征之间。在图24E中，该层2405形成在衍射特征的顶部上，侧壁上没有或具有可忽略的量。在图24F中，该层2405共形施加到衍射特征的顶部和侧壁。在不失一般性的情况下，在一些实施例中，层2401的折射率应当低或尽可能低，并且光学元件2103的折射率应当高或尽可能高。在一些实施例中，光学元件2103和层2401的折射率的差可以大于或等于0.8并且小于或等于3.0。例如，在一些实施例中，光学元件2103和层2401的折射率的差可以大于或等于1.0。在这样的实施例中，光学元件2103的多个衍射特征可以包括具有大于1.8的折射率的材料，诸如，例如在约1.3与2.7之间的折射率。
在一些实施例中，包括多个纳米结构的抗反射结构2407可以设置被在光学元件2103的多个衍射特征上方，如图24G和24H所示。纳米结构可以具有纳米级特征尺寸，例如宽度和/长度。
纳米结构2409可以包括具有小于约150nm的节距的多个特征，诸如，在1nm与约150nm之间、在约10nm与约140nm之间、在约20nm与约130nm之间、在约30nm与约120nm之间、在约40nm与约100nm之间、在约50nm与约75nm之间、或由这些值中的任一个定义的范围/子范围内的任何值。在各种实施例中，纳米结构2409可以具有约10nm与约80nm之间的尺寸(例如，特征直径、深度、高度等)。例如，纳米结构2409的尺寸可以在约10nm与约80nm之间、在约15nm与约75nm之间、在约20nm与约70nm之间、在约30nm与约60nm之间、在约40nm与约50nm之间、或由这些值中的任一个定义的范围/子范围内的任何值。纳米结构2409可以包括形成在光学元件2103的多个特征上方的多个线、孔或柱。在不失一般性的情况下，纳米结构2409基于纳米级几何形状、密度和/或节距提供交替表面折射率。对于穿过该表面的光，这可以改变存在纳米结构2409的表面上的菲涅耳损耗。在一些实施例中，纳米结构2409可以被形成在设置在光学元件2103的多个特征上方的涂层中，诸如图24G所示。在一些实施例中，纳米结构2409可以被直接形成(例如蚀刻)在光学元件2103的多个特征上方，诸如图24H所示。因此，在诸如图24G中所示的设计的一些实施方式中，纳米结构被设置在光学元件2103的衍射特征之间。在其他实施方式中，诸如图24H中所示的设计，纳米结构未被设置在光学元件2103的衍射特征之间。在一些实施例中，涂层可以包括具有比波导2101的折射率更小的折射率的材料。例如，涂层可以包括可图案化聚合物(例如，抗蚀剂)。
C.光的边缘阻挡
在显示设备(诸如，可穿戴显示设备60)的各种实施例中，如果来自光源(例如，光投影仪系统520)的耦入到波导中并且通过全内反射(TIR)传播到波导的边缘的光被吸收和/或离开波导并且被吸收，则其是有利的。在撞击波导的边缘之后被再循环的光可能导致不期望的视觉伪影并且降低从波导输出到观看者的光的对比率，除非回收的光被适当引导。在一些实施例中，可以在波导的边缘处提供反射光栅以沿着适当的方向引导再循环光。在各种实施例中，反射光栅可包括金属以增加反射率。例如，在一些实施方式中，具有形成EPE的光栅的节距的约一半的节距的光栅可用于将光重定向回EPE区域以便增加朝向用户的光输出的强度。在这样的实施方式中，具有形成EPE的光栅的节距的约一半的节距的光栅可以具有在约20nm和约40nm之间的高度。在各种这样的实施方式中，具有形成EPE的光栅的节距的约一半的节距的光栅可以被金属化以增加反射率。
然而，在一些实施例中，波导可以被配置为消除或减少以其他方式再循环的光量。例如，在一些实施例中，波导的边缘可以被配置为输出到达波导的边缘的任何光。从波导的边缘输出的光可以由被设置在波导的边缘周围的吸收器吸收。图25A和25B示出了被配置为消除或减少以其他方式再循环的光量的波导3001的不同实施例。在图25A和25B中所描绘的波导3001的边缘处提供多个光提取特征3003。多个光提取特征3003被配置为输出经由全内反射在波导3001中传播并到达波导3001的边缘的光3007。多个光提取特征3003可以包括例如折射特征、衍射特征和/或转向特征。从波导的边缘提取的光由外部设置在波导3001的边缘周围的光吸收元件3005。在一些实施例中，光吸收元件3005可以包括具有光吸收材料的结构。在各种实施例中，结构可以包括被配置为外部设置在波导3001的边缘周围的袖口、衣领、杯或袖子等。在一些实施例中，光吸收材料可以包括具有1％-50％重量的炭黑的低折射率或高折射率聚合物树脂。例如，聚合物树脂可包括约1％-10％重量之间的炭黑、约5％-20％重量之间的炭黑、约15％-30％重量之间、约20％-40％重量之间的炭黑、约25％-50％重量之间的炭黑、或由这些值定义的任何范围/子范围内的任何量。在一些实施例中，波导3001的边缘附近的外表面以及多个光提取特征3003的外表面可以涂覆有包括光吸收材料的涂层，如图25B所示。如图25B所示，光吸收材料被设置在多个光提取特征3003中的各个光提取特征之间。在各种实施例中，涂层可以包括具有1％-50％重量的炭黑的低折射率或高折射率聚合物树脂。例如，聚合物树脂可包括约1％-10％重量之间的炭黑、约5％-20％重量之间的炭黑、约15％-30％重量之间、约20％-40％重量之间的炭黑、约25％-50％重量之间的炭黑、或由这些值定义的任何范围/子范围内的任何量。
VIII.堆叠和层压高折射率波导
A.改进波导的结构稳定性
包括高折射率材料(诸如，LiNbO3)的波导可能易碎、易断和/或容易因冲击而破裂，诸如跌落例如头戴式显示器的显示设备。因此，在跌落测试和/或日常使用中提供改进包括一个或多个LiNbO3波导的显示设备(例如，可穿戴显示设备60)的机械可靠性的一个或多个结构稳定性层将是有利的。在各种实施方式中，一个或多个结构稳定性层可以附加地被配置为改进包括一个或多个LiNbO3波导的显示设备(例如，可穿戴显示设备60)的热化学可靠性。例如，一个或多个结构稳定性层可以使包括一个或多个LiNbO3波导的显示设备(例如，可穿戴显示设备60)对热冲击和/或环境条件的日常变化更具弹性。一个或多个结构稳定性层可以具有不降低波导的光学性能(例如，图像锐度、对比度)的光学特性。例如，一个或多个结构稳定性层可以对宽光谱范围内的光具有高度透射性和透明性(例如，约450nm与约700nm之间的可见光可以在可忽略或没有衰减的情况下透射通过一个或多个结构稳定性层)。作为另一示例，一个或多个结构稳定性层可以具有可忽略的或没有屈光力。作为又一示例，一个或多个结构稳定性层可以被配置为具有减少的反射。例如，一个或多个结构稳定性层可包括低折射率光学透明聚合物，诸如，氟化聚合物，例如特氟隆。作为另一示例，一个或多个结构稳定性层可以包括具有小于或等于约1.7(例如，在约1.3-约1.3之间)的折射率的光透射材料(例如，对约450nm与约700nm之间的可见光透射的)。作为其他示例，一个或多个结构稳定性层可以包括玻璃(例如，AR玻璃)。一个或多个结构稳定性层还可以被配置为促进在波导上方堆叠附加的波导和/或其他光学元件。
图26A-26G示出了提供有一个或多个结构稳定性层的波导的不同实施例。图26A-26G所示的不同实施例包括具有高折射率材料(例如，大于或等于约1.8的折射率)的波导3101。波导3101可包括易碎、易断和/或容易因冲击而破裂的材料，诸如跌落例如头戴式显示器的显示设备。例如，波导3101可以包括LiNbO3。波导3101可以包括波导3101的一个或多个表面上的多个衍射特征3102。多个特征3102中的一些可以被配置为将通过波导3101传播的光输出到波导3101之外(例如，朝向观看者)。为了改进波导3101的机械、结构、热、化学稳定性和/或可靠性中的一个或多个，在波导3101的一侧面上或两侧面上提供结构稳定层(例如，结构稳定层3103、3105、3107和3109)，如图26A-26G所示。一个或多个结构稳定性层(例如，结构稳定性层3013、3105、3107和3109)可以使用沉积技术提供，诸如，旋涂，或其他预先计量的涂覆技术，诸如槽模、刮刀、刀刃、丝网印刷、凹版印刷、材料雾化(喷涂)等。
与波导3101直接相邻的一个或多个结构稳定性层(例如，结构稳定性层3103和3107)可以被沉积以填充多个特征3102之间的间隙/间隔，如图26A-26D所示。然而，在一些实施例中，可以在波导3101和与波导3101相邻的一个或多个结构稳定层(例如，结构稳定性层3103和3107)之间提供间隔物(例如，间隔物3111a、3111b、3113a、3113b)，如图26E-26G所示。间隔物(例如，间隔物3111a、3111b、3113a、3113b)可以包括压印结构、预切割的扁平材料和/或球形珠(例如，包括碱石灰或聚苯乙烯(PS)等的珠)。间隔物可以具有约5μm与约50μm之间的厚度。间隔物(例如，间隔物3111a、3111b、3113a、3113b)可以在例如波导与结构支持层之间提供气隙。
因此，图26A示出了具有多个衍射特征3102的波导3101，其中具有包括玻璃诸如AR玻璃的第一结构支持层3105和包括在第一结构支持层3105与第二结构支持层3105之间的低折射率涂层的第二结构。低折射率涂层填充在衍射特征之间。图26B示出了与图26A的设计类似的设计，此外包括第三结构支持层3107，该第三结构支持层3107包括在第一和第二结构支持层3105、3103的相对侧的低折射率涂层。低折射率涂层填充在衍射特征之间。图26C示出了与图26B的设计类似的设计，此外在波导的与第一结构支持层3105和第二结构支持层3103相对的一侧包括另一结构支持层3107，该支持层3107包括玻璃，诸如AR玻璃。在该实施方式中，空气间隙在波导3101上的衍射特征之间。图26D示出了与没有附加的第一结构支持层3105(包括玻璃，诸如AR玻璃)的图26B的设计类似的设计。低折射率涂层填充在衍射特征之间。
图26E-26G示出了与图26A、26C和26D所示类似的设计，例外的是，图26E-26G在波导和与其相邻的支持层3103、3107之间包括间隔物。间隔物提供波导与支持层3103、3107之间的空气间隙。图26E-26G所示的实施例中所示的空气间隙可以通过以下各项来制造：将间隔物(例如，3111a、3111b、3113a和3113b)施加到波导3101的一个或两个图案化表面；以及设置聚合物材料，该聚合物材料被配置为平坦化波导3101的一个或两个图案化表面。聚合物层可以使用各种沉积技术来设置，诸如，旋涂、槽模涂覆、喷墨、刀刃涂覆等。低折射率涂层(例如，3107和3103)可以经由化学气相沉积方法或物理气相沉积方法(诸如，旋涂、槽模、喷墨、刀刃涂覆等)来施加。低折射率涂层(例如，3107和3103)可包括无机材料，诸如，例如MgF2、SiO2或交联的低折射率聚合物材料。聚合物层然后通过热催化的氧化还原反应蒸发以产生空气间隙。在不失一般性的情况下，低折射率涂层(例如，3107和3103)可以被配置为提供抗划伤功能以及机械坚固性的结构支持。
A.与光学部件集成
在各种实施例中，诸如例如折射光学部件(例如，透镜)、衍射组件、开关等的光学部件可以与包括本申请中所描述的高折射率材料的图案化波导集成。图27A-27F示出了与平凸透镜3207a(例如图27A-27B)、平凹透镜3207c(例如图27D-27E)或菲涅耳透镜3207b和3207d(例如图27C-27F)集成的图案化波导3201的各种实施例。图案化波导3201包括多个衍射特征3203。多个特征3203可以被配置为将入射光耦入到波导3201中，沿着波导3201分布耦入光或者耦出在波导3201中传播的光。在一些实施例中，光学部件3207a-3207d可以被直接设置在多个特征3203上方，如图27A和27D所描绘的。在一些其他实施例中，光学部件3207a-3207d可以被设置在平坦化和/或结构稳定性提供层3205上方，如图27B、27C、27E和27F所示。在一些实施方式中，结构稳定性提供层3205可以具有提供增加的结构支撑的厚度和强度。这样的光学部件3207a-3207d可以与包括高折射率材料的图案化波导集成，如图27A-27F所示。在一些实施方式中，诸如图27A-27F所示的实施例可以提供多个焦深。例如，通过向高折射率光提供屈光力，由波导耦出的光可以被引导到用户的眼睛中，诸如如果源自特定距离处的对象。具有与不同波导相关联的屈光力的多个这样的光学部件可用于提供看起来源自多个深度的图像。
附加功能层，诸如抗划伤层、防雾层等，可以与图案化波导3201和/或光学部件(例如，透镜3207a-3207d)集成以保护图案化波导3201的表面不受划痕、环境条件、热量、湿度的波动等影响。此外，上文所描述的一个或多个结构稳定性层也可以与图案化波导3201和/或光学部件(例如，透镜3207a-3207d)集成以改进波导设备的机械/结构/热/化学稳定性和/或可靠性。
IX.具有蚀刻的衍射特征上方的材料层的示例设备
各种设备(例如，光学设备、显示设备、照明器、集成光学设备等)可包括衍射特征。特别地，如本文所描述的，在用于头戴式显示器的目镜中采用的波导可以采用衍射光学元件，诸如包括多个衍射特征的衍射光栅来控制光。例如，衍射光学元件或衍射光栅可以用作耦入光学元件、耦出光学元件、光分布元件或组合光瞳扩展器-提取器(CPE)。CPE可以作为光分布元件(例如，分布或扩散光以增加输出光束和/或眼动范围)和耦出光栅两者操作。图28A-28D示出了包括衍射光学元件的衍射特征的一些示例设备。在图28A中，示例设备2800包括衬底2801、在衬底2801中形成(例如，蚀刻)的衍射特征2803，以及设置在衍射特征2803上的材料层2805。设备2800可使用本文所描述的任何方法制造。
衬底2801可包括本文所描述的任何波导。波导可以包括在用于头戴式显示器的目镜中。例如，波导可以包括在用于头戴式显示器的目镜中的波导的堆叠中。堆叠中的不同波导可以用于不同颜色的光和/或不同深度(例如深度平面)，如上文所讨论的。目镜可以是透明的以向用户提供用户和头戴式显示器前面的环境的视图。目镜可以被配置为接收来自图像投影仪的光并将光的至少一部分引导到用户的眼睛以将图像内容引导到用户的眼睛。目镜可以被安装在配置为穿戴在用户的头部的框架上。目镜可以被定位在用户的前面以将来自投影仪的光引导到眼睛中以在眼睛中形成图像。与目镜中的波导相关联的一个或多个耦入光学元件可以接收来自光投影仪的光，可以将光耦合到波导中以通过全内反射在其中引导。在一些实施方式中，光可以在波导内传播到光分布元件，该光分布元件将光扩散出去并且将光重引导到耦出光学元件以将光引导到用户的眼睛。在一些实施方式中，耦入光学元件将光引导到组合光瞳扩展器-提取器或CPE，该组合光瞳扩展器-提取器或CPE在两个方向上将光扩散出去以增加眼动范围，并且还将来自在波导内引导的投影仪的光耦出到用户的眼睛。因此，耦入光栅、光分布元件、耦出光学元件和光瞳扩展器-提取器可以包括衍射光学元件，诸如衍射光栅，其被配置为执行诸如重定向光以耦合到波导中以在其中被引导、在一个或多个方向上扩散光以增加眼动范围、将波导内引导的光耦出到用户以在用户的眼睛中形成图像的功能。
如图28A所示，包括波导的衬底2801可以具有相对的第一侧面2801a和第二侧面2801b。在集成在头戴式显示器中时，当穿戴头戴式显示器时，第二侧面2801b可以比第一侧面2801a更接近穿戴者的眼睛设置。第二相对侧面2801b可以更接近用户和头戴式显示器的前面的环境(例如世界)设置。在一些实施方式中，衬底2801可以包括具有大于2.0(例如，至少2.1、至少2.2、至少2.3、至少2.4、至少2.5、至少2.6、至少2.7、至少2.8、至少2.9、至少3.0、至少3.1、至少3.2、至少3.3、至少3.4、至少3.5、至少3.6、至少3.7、至少3.8、至少3.9、至少4.0、或由这些值定义的任何范围/子范围内的任何值)的折射率的材料。如本文所描述的，与包括具有较低折射率的材料的那些实施方式相比较，一些这样的实施方式可以有利地扩大视场和/或允许不同颜色或波长的光被耦入到单个波导中。一些示例材料包括铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、金刚石、碳化硅(SiC)等。然而，衬底不需要限于高折射率材料。如本文所描述的，波导可以对可见光透明，使得用户可以通过波导和目镜看到观看者前面的环境。在一些实施方式中，因此，目镜(例如，波导和/或衍射光学元件，诸如输出光学元件和/或光瞳扩展器-提取器)可以被配置为减少反射损耗以促进这样的观察。此外，来自投影仪的包含图像信息的光将被耦入到波导中以在其中被引导，跨波导分布(例如在两个方向上)，并且从波导当中向观看者耦出。
如上文所讨论的，可以使用衍射光学元件或特征2803(例如，耦入光学元件、耦出光学元件、出射光瞳扩展器等)来耦入、分布和耦出光。作为示例，衍射特征2803可以被包括在耦入光学元件中，该耦入光学元件被设置为接收来自图像源的光并且将光耦入到衬底2801中以在其中被引导。作为另一示例，衍射特征2803可以被包括在耦出光学元件中，该耦出光学元件被设置为接收在衬底2801中被引导的来自图像源的光并且将光耦出衬底到穿戴头戴式显示器的用户的眼睛。如上文所讨论的，衍射特征2803还可以被配置为将光扩散在波导的区域上，例如，以增加眼动范围并且使得眼睛能够接收来自目镜的光并且当眼睛位于相对于目镜的各种横向位置时观察来自投影仪的图像。以及在组合光瞳扩展器-提取器或CPE的情况下，衍射特征2803还可以附加地能够耦出在波导内引导的光并且将光引导到眼睛。如图28A所示，衍射特征2803可以被设置在衬底2801的第一侧面2801a上。可替代地或附加地，衍射特征2803可以被设置在衬底2801的第二侧面2801b上。在各种实施方式中，衍射特征2803可以形成衍射光栅。因此，尽管图28仅示出了两个衍射特征2803，但是可以包括更多的衍射特征。该原则适用于本文包括的其他附图。为了方便起见，可以示出减少数量的特征，然而，结构可以包括更多(或可能更少)的特征。参考图28A，衍射特征2803可以具有顶表面2803a和绕顶表面2803a设置的侧壁2803b。在一些设备中，衍射特征2803中的至少一个或多个可以具有倾斜侧壁2803b。在一些设备中，衍射特征2803中的至少一个或多个可以具有梯形剖面。其他形状是可能的。例如，在一些设计中，顶部可能是倾斜的。在一些设计中，衍射特征2803可以具有相遇的两个倾斜侧壁。
材料层2805可以被设置在衍射特征2803上方(例如，在衍射特征2803的顶表面2803a上)。材料层2805可以具有小于1.8的折射率(例如，在约1.2-1.7之间的折射率)。例如，材料层2805可以包括聚合物，诸如抗蚀剂或光致抗蚀剂。在各种实施方式中，层2805材料包括可图案化材料，诸如用作图案化或蚀刻特征2803(例如，在衬底中)中的掩模的可图案化材料。在图案化或蚀刻衍射特征2803之后，可以留下一些可图案化材料。在制造衍射特征2803之后保留的该可图案化材料可以具有诸如增加或添加衍射特征的尺寸(例如，高度)的优点。此外，在一些实例中，材料层2805可以有利地减少来自来自世界和/或来自其他堆叠目镜的入射光的表面的反射损耗(例如，在一些实例中提供抗反射表面)。在一些情况下，抗反射特性可能起因于具有从对于空气的衬底的较高折射率(例如可能至少1.9或2.0)到层2805(例如，小于1.8，可能1.5或1.4)的中间折射率的折射率的过渡，空气具有约1.0的折射率。减少的反射损耗可以例如增加用户和头戴式显示器前面的环境的可见性和/或增加显示器的亮度。
在各种实施方式中，衍射特征2803可以由间隔2808分隔。在一些实例中，空间2808可能未被材料层2805覆盖。在一些实例中，空间2808可以包括衬底2801的暴露区域。如图所示，例如，在衍射特征之间的间隔2808中不存在层2805的残余层厚度(RLT)。因此，在各种实施方式中，存在不超过层2805的可忽略的残余层厚度(RLT)。
如上文所讨论的，衍射特征2803的数量没有特别限制。仅出于说明的目的，图28A示出了两个衍射特征2803，然而，衍射光栅可以包括更多。在一些设备中，衍射特征2803的高度可以随着横向位置基本上恒定。在一些设备中，衍射特征2803的高度可以是相同的。在一些设备中，材料层2805可以具有随着横向位置基本上恒定的厚度。在一些设备中，材料层2805可以在衍射特征2803上房(例如，在衍射特征2803的顶表面2803a上)具有相同的厚度。
在一些实例中，材料层2805可以有利地提供蚀刻到衬底2801中的类似效果。例如，由于蚀刻到某些材料或衬底(例如某些高折射率衬底)中可能是复杂的，因此材料层2805和衍射特征2803的组合可以提供等效于更深地蚀刻到衬底2801中的衍射特征的深度。在一些这样的实施方式中，材料层2805可以帮助维持衍射特征2803的特定衍射效率等效于没有材料层2805的更深蚀刻的衍射特征。
在不失一般性的情况下，更深的衍射特征或具有增加的高度的衍射特征可以具有更高的光提取。相反地，浅衍射特征或具有减小的高度的衍射特征可以具有较少的光提取。因此，更接近光注入侧面(例如，接近耦入光栅和/或图像投影仪)的衍射特征可以受益于浅衍射特征和降低的高度(例如，与例如由衍射光学元件直接转向和/或可能耦出波导相反，允许大部分光跨波导扩散)，而更远离光注入侧面的衍射特征可以受益于更深的衍射特征(例如，提取尽可能多的剩余光)。图28B-28D示出了具有不同的材料层厚度和/或衍射特征高度的一些示例设备。
在图28B中，示例光学设备2810包括衬底2811、衍射特征28131、28132、28133、…2813n和设置在衍射特征上方的材料层28151、28152、28153、…2815n。衍射特征和/或材料层的数量n没有特别限制。仅出于说明的目的，示出了四个衍射特征和材料层。
在图28B中，第一衍射特征28131、第二衍射特征28132和第三衍射特征28133相对于彼此横向移位。第二衍射特征28132被设置在第一衍射特征28131与第三衍射特征28133之间。如图28B所示，层28151、28152、28153的厚度可以是分级的。在该示例中，衍射特征28131、28132、28133具有相同的高度，而在衍射特征28131、28132、28133上方(例如，在衍射特征的顶表面上)材料层28151、28152、28153具有不同的厚度。第三衍射特征28133上的材料层28153的厚度高于(或在其他实例中低于)第二衍射特征28132上的材料层28152的厚度，并且第二衍射特征28132上的材料层28152的厚度高于(或在其他实例中低于)第一衍射特征28131上的材料层28151的厚度。层28151、28152、28153可以具有随着横向位置而逐渐增加(或减小)的厚度。
在图28C中，示例光学设备2820包括衬底2821、衍射特征28231、28232、28233、…2823n和设置在衍射特征上方的材料层28251、28252、28253、…2825n。在图28C中，第一衍射特征28231、第二衍射特征28232和第三衍射特征28233相对于彼此横向移位。第二衍射特征2823 2被设置在第一衍射特征28231与第三衍射特征28233之间。如图28C所示，衍射特征28231、28232、28233的高度可以是分级的。特别地，虽然在衍射特征28231、28232、28233上方(例如，在衍射特征28231、28232、28233的顶表面上)层28251、28252、28253具有相同的厚度，衍射特征28231、28232、23233具有不同的高度。在该示例中，第三衍射特征28233的高度高于(或在其他实例中低于)第二衍射特征28232的高度，并且第二衍射特征28232的高度高于(或在其他实例中低于)第一衍射特征28231的高度。衍射特征28231、28232、28233的高度可以随着横向位置而逐渐增加(或减小)。
在图28D中，示例光学设备2830包括衬底2831、衍射特征28331、28332、28333、…2833n和被设置在衍射特征上方的材料层28351、28352、28353、…2835n。在图28D中，第一衍射特征28331、第二衍射特征28332和第三衍射特征28333相对于彼此横向移位。第二衍射特征28332被设置在第一衍射特征28331与第三衍射特征28333之间。如图28D所示，衍射特征28331、28332、28333的高度可以是分级的，并且层28351、28352、28353的厚度可以分级。特别地，在图28D中，衍射特征28331、28332、28333具有不同的高度，并且在衍射特征28331、28332、28333上方(例如，在衍射特征的顶表面上)材料层28351、28352、28353也具有不同的厚度。在该示例中，第三衍射特征28333的高度高于(或在其他实例中低于)第二衍射特征28332的高度，并且第二衍射特征28332的高度高于(或在其他实例中低于)第一衍射特征28331的高度。衍射特征28331、28332、28333的高度可以随着横向位置而逐渐增加(或减小)。衍射特征28331、28332、28333的高度可以是分级的。此外，在该示例中，第三衍射特征28333上的材料层28353的厚度高于(或在其他实例中低于)第二衍射特征28332上的材料层28352的厚度，并且第二衍射特征28332上的材料层28352的厚度高于(或在其他实例中低于)第一衍射特征28331上的材料层28351的厚度。层28351、28352、28353可以具有随着横向位置而逐渐增加(或减小)的厚度。
在一些实施方式中，在图28B、28C和28D所示的示例中，设备2810、2820、2830可以包括相对于衬底2811、2821、2831设置的投影仪(未示出)以将光引导到衬底2811、2821、2831中。投影仪可以比第二衍射特征28132、28232、28332更接近第一衍射特征28131、28231、28331定位。例如，与具有较高高度的衍射特征相比，投影仪可以更接近具有较低高度的衍射特征定位。作为另一示例，与材料层较厚的衍射特征相比，投影仪可以更接近材料层较薄的衍射特征定位。例如，由于衍射特征用于将光衍射出波导，因此较少光是可用的。因此，通过增加衍射特征的高度和/或设置在其上的材料的厚度来逐渐增加衍射效率，可以抵消可用光的减少量并提供更好的光输出均匀性，例如，穿过目镜。
在图28A-28D所示的任何示例中，衬底2801、2811、2821、2831的厚度可以是分级的(例如，如图12B-2、12C或13D所示或在相反方向上分级)。衬底2801、2811、2820、2830的厚度可以随着横向位置而逐渐增加(或在其他实例中减小)。
图29A示出了用于将衬底2901蚀刻到图29B所示的光学设备2900中的可图案化材料诸如聚合物或抗蚀剂材料2904(例如，掩模)的示例分级层。在各种实施方式中，可图案化材料被沉积(例如，喷射沉积)在衬底上方并且模板用于将图案压印到可图案化材料中。示例可图案化材料，例如，抗蚀剂材料2904，可用于将衬底2901蚀刻成具有分级衍射特征2903的分级衬底2901。如图29B所示，衬底2901可以随着横向位置而逐渐增加(或在其他实例中减小)。衍射特征2903的高度也可以随着横向位置而逐渐减小(或在其他实例中增加)。在一些实施方式中，可图案化材料2904在图案化衬底的过程中没有被完全移除、消耗或蚀刻掉。因此，可以保留一些可图案化材料2904，例如，抗蚀剂。剩余的可图案化材料或抗蚀剂材料2904可以在衍射特征2903上方形成材料层2905。在其他实施方式中，材料层2905可以添加在衍射特征2903上方。材料层2905的厚度可以随着横向位置而逐渐减小(或在其他实例中增加)的厚度。层2905的厚度可以是分级的。
在一些设备中，如图中的示例设备3010所示，可以在衬底3011的一个或多个(可能两个)侧面3011a、3011b上提供衍射特征3013。此外，任何衍射特征3013可以具有不对称形状以提供闪耀衍射光栅，例如，被配置为将更多光引导到观看者。例如，在图30A中的侧面3011a上形成的衍射特征3013具有不对称的侧壁3013b-1、3013b-2。衍射特征3013的形状可以确定光栅引导光的方向。在图30A所示的示例中，一个侧面的衍射特征的形状随着横向位置而变化。例如，中心的衍射特征是对称的，顶部没有平台，而边缘的衍射特征是不对称的，并且顶部具有平台。边缘处的衍射特征是闪耀的并且面向不同的(例如，相反的)方向。衍射特征的尺寸，例如高度，也随着离中心的距离而增加。在图30B中的示例光学设备3020中，可以在朝向一个边缘的衬底3021的两个相应侧面3021a、3021b上提供具有不对称侧壁3023b-1、3023b-2的两组衍射特征3023。在所示的示例中，一些衍射特征的尺寸和形状随着横向位置而变化。例如，对于两组衍射特征，衍射特征的尺寸(例如，高度)随着距中心的距离而增加。在图30C所示的示例中，一侧的衍射特征的尺寸和形状随着横向位置而变化。例如，中心的衍射特征是对称的并且较短的，而边缘的衍射特征是不对称的并且较高。边缘处的衍射特征是闪耀的并且面向不同的(例如，相反的)方向。衍射特征的尺寸，例如高度，随着距中心的距离而增加。图30C还示出了光学设备3030，其中，在衬底3031的一侧面3031a，材料层3035被设置在具有非对称侧壁特征3033的衍射特征3033的顶表面3033a上方，该非对称侧壁特征3033具有非对称侧壁3033b-1、3033b-2。包括层3035的图案化材料的形状随着横向位置而改变。与边缘相比较，包括层3035的图案化材料的形状在中心不同。在衬底3031的另一侧3031b，材料层被设置在对称并且具有对称(直)侧壁的衍射特征的顶表面上。特征的宽度以及形成在其上的可图案化材料(例如，抗蚀剂)的宽度随着距中心的距离而增加。其他示例是可能的。
X.具有衍射特征上方的高折射率折射材料的示例设备
如本文所描述的，由于蚀刻到某些材料和衬底(诸如某些高折射率衬底)中可能是复杂的，因此可以在蚀刻的衍射特征上方提供材料层以提供等效于更深地蚀刻到衬底中的衍射特征的深度。在其他设备中，如图31中的示例设备3100所示，等效于蚀刻到高折射率衬底中的衍射特征的衍射特征可以通过利用具有小于衬底材料的折射率的材料在衬底3101上形成衍射特征3103并且在衍射特征3103上方(例如，在其顶部)提供具有比衍射特征3103更高的折射率的材料3105来提供。
在各种实施方式中，衬底3101可以包括具有大于2.0(例如，至少2.1、至少2.2、至少2.3、至少2.4、至少2.5、至少2.6、至少2.7、至少2.8、至少2.9、至少3.0、至少3.1、至少3.2、至少3.3、至少3.4、至少3.5、至少3.6、至少3.7、至少3.8、至少3.9、至少4.0、或由这些值定义的任何范围/子范围内的任何值)的折射率的材料。一些示例材料包括铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、金刚石、碳化硅(SiC)等。如本文所描述的，衬底可以包括波导和可以对可见光透明的材料。
衍射特征3103可以通过压印技术形成。例如，可图案化材料(诸如聚合物，例如，抗蚀剂)可以被沉积，例如，喷射沉积在衬底上。可以将其中具有图案的模板压到可图案化材料上以在可图案化材料中形成压印和图案。在一些情况下，然后可以固化可图案化材料。可以采用用于制造衍射特征3103的其他过程。例如，诸如蒸发沉积、溅射、化学气相沉积的其他技术可用于将可图案化材料沉积到衬底3101上。光刻也可用于图案化可图案化材料。
在各种实施方式中，衍射特征3103可以由具有小于衬底3101的材料的折射率的材料形成。衍射特征3103可以例如具有小于1.8的折射率(例如，在约1.2-1.8之间、在约1.5-1.8之间、在约1.6-1.8之间、在约1.7-1.8之间等的折射率)。例如，衍射特征3103可以包括聚合物，诸如抗蚀剂或光致抗蚀剂。如本文所讨论的，在各种实施方式中，衍射特征3103可以形成衍射光栅。尽管仅示出了几个衍射特征3103，但是可包括更多以形成衍射光栅或衍射光学元件。参考图31，衍射特征3103可以具有顶表面3103a和绕顶表面3103a设置的侧壁3103b-1、3003b-2。衍射特征3103可以是由间隔3108分隔开的。
在衍射特征3103上方设置的较高折射率材料3105可以例如包括具有大于2.0(例如，至少2.1、至少2.2、至少2.3、至少2.4、至少2.5、至少2.6、至少2.7、至少2.8、至少2.9、至少3.0、至少3.1、至少3.2、至少3.3、至少3.4、至少3.5、至少3.6、至少3.7、至少3.8、至少3.9、至少4.0、或由这些值定义的任何范围/子范围内的任何值)的折射率的材料。一些示例材料包括铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、金刚石、碳化硅(SiC)等。
在一些设备中，也如图31所示，可以在衍射特征3113上不对称地提供高折射率材料3115以提供被配置为优选在一个或多个方向上将更多光引导到诸如观看者的闪耀衍射光栅。例如，高折射率材料3115在衍射特征3113的第一侧面上可以比衍射特征3113的第二侧面上更多。例如，高折射率材料3115在衍射特征3113的第一侧壁3113b-1上可以比衍射特征3113的第二侧壁3113b-2上更多。在一些实例中，如图31所示，至少一个衍射特征3113可以在衍射特征3113的第一侧3113b-1具有高折射率材料3115，而衍射特征3113的第二侧3113b-2可以暴露或至少部分暴露。如图32中的示例所示，还可以通过在具有不对称侧壁3203b-1、3203b-2的衍射特征3203上沉积来不对称地提供高折射率材料3205。在一些实施方式中，可以采用诸如掠射角沉积(GLAD)的定向沉积来优选涂覆衍射光栅的一侧。在一些实施方式中，具有非对称几何形状的衍射特征可以被动地提供定向沉积。可以使用离子蚀刻、GLAD蚀刻、倾斜蚀刻、法拉第笼蚀刻等制造模板。图31还示出了更均匀地涂覆衍射特征的保形沉积。参见衬底右边的光栅。在该示例中，右边的光栅包括耦入光学元件或耦入光栅(ICG)，并且左边的光栅包括光瞳扩展器-提取器(CPE)。CPE可以被配置有成角或闪耀的高折射率材料沉积，以优选将光耦出到用户的眼睛而不是用户和头戴式显示器前面的环境。
XI.衍射特征的2D阵列
各种实施方式已图示为衍射特征的1D阵列。例如，图33A示出了具有在一个方向(例如，图33B中的水平方向)上横向布置的一系列衍射特征3303的示例设备3300的剖面侧视图。衍射特征3303在一个方向(例如，图33B中的水平方向)上起伏并且因此被称为1D。图33B示出了示例设备3300的俯视图。衍射特征3303可以形成一系列细长纵向特征，诸如在一个方向(例如，图33B中的垂直方向)上延伸的线。细长纵向特征被沿着一个方向(例如，图33B中的水平方向)布置并且在该方向上重复。
本文所描述的任何1D结构阵列也可以在两个方向上布置，形成衍射特征的2D阵列。衍射特征的2D阵列可以包括在两个方向上的多个起伏。在一些实例中，起伏可以是周期性的，而在其他实例中，起伏的节距可以变化。图34示出了具有衍射特征3403(例如，在两个维度或方向上横向布置的衍射特征3403)的2D阵列的示例设备3400。在该示例中，阵列类似于棋盘图案。这些特征可以被称为突起或在这种情况下称为柱。在该示例中，衍射特征3403与基本上正交于水平轴的侧壁对称。在其他示例中，衍射特征，例如，突起，可以与成角或倾斜的侧壁对称。例如，图35A和35B分别示出了对称衍射特征的示例阵列的剖面侧视图和俯视图。左和右侧壁向内倾斜，使得衍射特征逐渐变细或宽度随着增加高度而变小。因此，在该示例中，第一侧壁在一个方向上倾斜，而第二侧壁在第二相反方向上倾斜。在该示例中，侧壁倾斜角相对于水平轴约30度，并且两侧对称。
图36示出了具有衍射特征3603的2D阵列的另一示例设备3600。在该示例中，衍射特征是非对称的。图36A和36B分别示出了不对称衍射特征的示例阵列的剖面侧视图和俯视图。该2D衍射光栅包括闪耀衍射光栅。衍射特征可以随着高度逐渐变细，例如，在厚度上。在图36所示的示例中，衍射特征具有两个倾斜的侧壁或刻面，其中，一个比另一个更倾斜，而在图36A和36B所示的示例中，一个侧壁是倾斜的，而另一个相对的侧壁是不倾斜的，或者第二侧壁上的任何斜率是可忽略的。在这两种情况下，一个侧壁的斜率大于另一个侧壁的斜率(如果有的话)，使得衍射特征是不对称的和闪耀的。因此，衍射特征优选在一个方向上而不是在其他方向上衍射光。例如，这样的衍射光栅可用作被配置为将从投影仪接收的光朝向光分布元件、耦出光学元件或光分布元件的组合衍射的耦入光学元件，例如，分布光以便增加输出光束和/或眼动范围，以及耦出光学元件，例如，CPE或组合光瞳扩展器-提取器。与用户和头戴式显示器前面的环境或世界相反的方向相反，这样的衍射光栅还可用于将光耦出到眼睛。在一些实施方式中，侧壁倾斜角在一侧相对于水平轴小于30度并且在另一侧大于80度(可能90度)。然而，其他倾斜和倾斜角是可能的。在一些实例中，衍射特征可以形成锯齿结构诸如锯齿纳米结构的2D阵列。
因此，在各种实施方式中，对称或非对称衍射特征的2D阵列可以提供闪耀衍射光栅。如上文所讨论的，衍射光栅的形状(例如，侧壁的倾斜角)可以确定光栅引导光或优选引导光的方向。例如，光栅可以将更多光引导向其他光栅(例如，EPE、OPE或CPE)和/或引导向观看者。在一些实例中，衍射特征可以被刻面(facet)以偏向在两个或两个以上方向上的光传播(例如，在多个方向上闪耀)。例如，图37A示出了具有在衬底3701中或衬底3701上形成的衍射特征3703的2D阵列的示例设备3700。衍射特征3703具有倾斜的第一侧壁或刻面3703b-1和第二侧壁或刻面3703b-2。因此，衍射特征随着高度逐渐变细，例如，在厚度上。衍射特征3703可以被配置为优选在基于第一侧壁或刻面和第二侧壁或刻面3703b-1、3703b-2的倾斜角的方向上引导光。图37B示出了在两个特定方向上引导更多光的示例衍射特征(如由向上指向右边和向下指向左边的两个粗实线箭头所示)。其他示例是可能的。
因此，本文所描述的任何结构或设备，诸如光栅结构，可包括1D光栅。类似地，本文所描述的任何结构或设备，诸如光栅结构，可包括2D光栅。这样的2D光栅可以扩散光。这些光栅还可以包括闪耀光栅。这样的闪耀光栅可以优选在某些方向上引导光。在一些实施方式中，2D光栅(例如，在衍射特征上具有一个倾斜刻面)优选在其他方向中的一个方向上引导光，2D光栅(例如，在衍射特征上不同地具有两个倾斜刻面)优选将光引导到多个方向中。同样地，本文所描述的任何方法或过程可以用于1D光栅。类似地，本文所描述的任何方法或过程可以用于2D光栅。这些1D或2D光栅可以包括在衬底和/或波导上并且可以包括在目镜中并且可能集成到如本文所公开的头戴式显示器中。这些光栅可以用作输入光栅或光学元件(例如，ICG)、输出光栅或光学元件(EPE)、光分布光栅或光学元件(OPE)或组合光分布光栅/输出光栅(例如，CPE)，其分布光，例如，以增加光束尺寸和/或眼动范围，并且将光耦出波导。
图38A示出了形成闪耀光栅3800的示例方法。方法3800提供模板或母版3810。如果衍射特征要成角度、倾斜或倾斜，模板3810可以被图案化以形成有角度的结构。各种过程(例如，蚀刻过程)可以是定向和成角的，以形成这样的成角结构。成角过程的一些示例，诸如成角蚀刻过程，包括离子束铣削、成角干蚀刻、离子蚀刻、GLAD蚀刻、倾斜蚀刻、法拉第笼蚀刻等。在一些实施方式中，用于模板3810的材料的选择可有助于在模板中产生具有成角侧壁的成角结构。在该示例中，成角结构包括成角细长突起(例如，对于1D光栅)或成角柱(例如，对于2D光栅)。这些成角细长突起或成角柱可以具有在相同方向上倾斜的侧壁，并且在一些情况下可以基本上平行。一旦制造了模板3810，则可在衬底3801上沉积一层可图案化材料(例如，聚合物、抗蚀剂、光致抗蚀剂等)，并且该层可以用压印模板3810压印。模板3810可以被压印到衬底3801上的可图案化材料(例如，抗蚀剂材料)3805中以形成用于衬底的掩模3805。在其他实施方式中，可图案化材料可以沉积在模板上并且衬底可以与其上具有可图案化材料的模板接触。模板可以被移除并且抗蚀剂材料3805和下面的衬底3801可以被干蚀刻以在衬底3801中形成衍射特征3803。在各种实施方式中，采用干蚀刻，诸如所示。蚀刻可以是方向。在所示的示例中，蚀刻过程没有角度。形成在衬底3801中(或设置在衬底3801上的材料层中)的产生的衍射特征3803可以具有某些形状，例如，可以由于掩模3805中的成角特征而闪耀。在所示的示例中，衍射特征的剖面具有包括两个斜边的梯形或基本上三角形的形状。两边在相反的方向上倾斜。在所示的示例中，一侧比另一侧倾斜更多，产生了闪耀结构。该过程可用于形成衍射特征的1D或2D阵列。
图38B示出了形成闪耀衍射特征的另一示例方法3850。掩模3855和下面的衬底3851可以以一定角度被蚀刻(例如，干蚀刻)以在衬底3851中(或在设置在衬底3851上的材料层中)形成衍射特征3853。成角定向蚀刻过程(例如，成角蚀刻)的一些示例包括离子束铣削、成角干蚀刻、离子蚀刻、GLAD蚀刻、倾斜蚀刻、法拉第笼蚀刻等。模板可以包括具有梯形或基本上三角形剖面的细长突起(例如，对于1D光栅)或锥形柱(例如对于2D光栅)。这些细长突起或锥形柱可以具有在相反方向上倾斜的侧壁。一个侧壁可以比另一个更倾斜。对这些细长突起或锥形柱应用成角蚀刻过程可以在材料中产生闪耀光栅，例如，衬底或设置在衬底上的材料层，位于在细长突起或锥形柱下面。可以产生具有在相同方向上倾斜的侧面的闪耀衍射特征。在各种实施方式中，两侧中的一侧比另一侧更倾斜。该过程可用于形成衍射特征的1D或2D阵列。
在各种实施方式中，由于掩模中的成角特征(例如，如图38A所示)和/或由于使用成角过程(例如，如图3B所示)，因此产生的衍射特征可以在两个或两个以上方向上闪耀(例如，如图37A所示)。在两个或两个以上方向上闪耀的衍射特征或光栅可以通过蚀刻两次来产生。在一些实施方式中，例如，在两个或两个以上方向上闪耀的衍射特征或光栅可以通过用第一掩模蚀刻并用第二不同掩模再次蚀刻来产生。在一些实例中，如图39所示，掩模3905和衬底3901可以被蚀刻以在衬底3901中形成衍射特征3903的第一侧壁。此外，可以提供图案化以形成第二侧壁。在各种实施方式中，具有不同取向和/或形状的第二掩模可用于形成第二侧壁。例如，第二掩模(例如，相对于第一侧壁成一定角度和/或不同取向)可以被蚀刻以形成第二侧壁。在一些实施方式中，在形成衍射特征3903的第一侧壁之后，平坦化层3907可以被添加到中间衍射特征3903和衬底3901。平坦化层3907、中间衍射特征3903和/或衬底3901可以被图案化和蚀刻(例如，相对于第一侧壁成一定角度)以形成第二侧壁。尽管在图案化衬底的上下文中讨论了以上示例，但是在一些实施方式中，上文所描述的过程可用于图案化形成在衬底上的层而不是衬底。可替代地，在一些实施方式中，上文所描述的过程可用于图案化形成在衬底上的层以及衬底。
此外，尽管示例方法3800、3850、3900被示出为形成非对称衍射特征的2D阵列，但是这些方法也可用于形成对称衍射特征的2D阵列(在有或没有成角侧壁的情况下)。方法也可用于形成衍射特征的1D阵列。在一些实例中，在有或没有成角侧壁的情况下，1D阵列中的衍射特征可以是对称的。在一些实例中，1D阵列中的衍射特征可以是不对称的，例如，在有成角侧壁的情况下。因此，在一些情况下，可以形成闪耀衍射特征。
本文所描述的系统、设备和方法的各种变化是可能的。例如，尽管头戴式显示系统和设备被讨论为潜在地提供好像从三个深度投射的图像内容，但是一些实施方式可能不包括这样的三个深度平面。可变焦距透镜也可用于使图像内容看起来好像源自不同的深度。其他变型是可能的。
已经提供了设备(例如，光学设备、显示设备、照明器、集成光学设备等)和系统(例如，照明系统)的各种示例。这些设备和/或系统中的任一个可以被包括在头戴式显示系统中以将光(例如，利用一个或多个耦入光学元件)耦合到波导和/或目镜中以形成图像。另外，设备和/或系统可以是相对小的(例如，小于1cm)，使得设备和/或系统中的一个或多个可以被包括在头戴式显示系统中。例如，设备和/或系统可以相对于目镜是小的(例如，小于目镜的长度和/或宽度的三分之一)。
本文所公开的系统、方法和设备各自具有多个创新方面，其中没有单独一个仅负责本文所公开的期望的属性。下文提供了各种示例系统和方法。
部分I
示例1：一种制造衍射光学元件的方法，该方法包括：
提供包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料的衬底；
在所述衬底的表面上方设置可图案化层；
在所述可图案化层上形成图案，所述图案包括具有不同高度的多个表面起伏特征；以及
通过所述可图案化层蚀刻所述衬底的表面以在所述衬底的表面上制造结构，其中，所述结构包括被配置为衍射可见光的衍射特征。
示例2：根据示例1所述的方法，其中，所述透明材料包括以下各项中的至少一项：LiNbO3、LiTaO3、或BaTiO3。
示例3：根据示例2所述的方法，其中，所述透明材料包括X切割LiNbO3晶圆。
示例4∶根据上述示例中的任一项所述的方法，还包括：在所述衬底上方设置所述衬底与所述可图案化层之间的层。
示例5：根据示例4所述的方法，其中，所述衬底与所述可图案化层之间的层包括介电层。
示例6：根据示例4所述的方法，其中，所述衬底与所述可图案化层之间的层包括导电层。
示例7：根据示例4、5或6所述的方法，其中，所述衬底与所述可图案化层之间的层包括透明氧化物。
示例8：根据示例4或6所述的方法，其中，所述衬底与所述可图案化层之间的层包括导电氧化物。
示例9：根据示例4所述的方法，其中，所述衬底与所述可图案化层之间的层包括以下各项中的至少一项：SiC、TiO2、ZrO2、Si3N4、或SiO2。
示例10：根据示例4至9中的任一项所述的方法，其中，所述衬底与所述可图案化层之间的层包括具有1.45与3.5之间的折射率的材料。
示例11：根据示例4至9中的任一项所述的方法，其中，所述衬底与所述可图案化层之间的层包括具有大于或等于2.0的折射率的材料。
示例12：根据示例4、6、8、10、或11中的任一项所述的方法，其中，所述衬底与所述可图案化层之间的层包括被配置为耗散静电荷的材料。
示例13：根据上述示例中的任一项所述的方法，还包括：在设置所述可图案化层之前，在所述衬底上方设置粘合促进剂层。
示例14：根据示例13所述的方法，其中，所述粘合促进剂层具有小于或等于10nm的厚度。
示例15：根据示例13或14所述的方法，其中，所述粘合促进剂层被配置为与可图案化层共价结合。
示例16：根据示例13或14所述的方法，其中，所述粘合促进剂层被配置为与所述衬底交联。
示例17：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述可图案化层具有小于2.0的折射率。
示例18：根据上述示例中的任一项所述的方法，还包括：在设置所述可图案化层之前，将所述衬底的表面暴露于电离器。
示例19：根据示例18所述的方法，其中，所述电离器包括双极清洁空气电离器。
示例20：根据示例18所述的方法，其中，所述电离器包括正离子或负离子。
示例21：根据上述示例中的任一项所述的方法，还包括：使带电表面接近或接触所述衬底的表面，从而耗散表面电荷。
示例22：根据上述示例中的任一项所述的方法，还包括：将所述衬底安装在电接地的支架上，从而耗散表面电荷。
示例23：根据上述示例中的任一项所述的方法，还包括：将金属层沉积在所述衬底上方，从而耗散表面电荷。
示例24：根据示例23所述的方法，其中，所述金属层包括铱、铬或镍。
示例25：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，沉积所述可图案化层包括将所述可图案化层喷射沉积在所述表面上方。
示例26：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，可图案化层被跨所述表面不均匀地沉积，与可图案化层更薄的表面区域相比，可图案化层更厚的表面区域产生更高的表面起伏特征。
示例27：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，蚀刻衬底的表面包括：
将所述可图案化层暴露于被配置为蚀刻所述可图案化层的第一蚀刻剂。
示例28：根据示例27所述的方法，还包括：将所述衬底的表面暴露于第二蚀刻剂，所述第二蚀刻剂被配置为蚀刻所述衬底。
示例29：根据示例27所述的方法，还包括：将设置在所述衬底上的介电材料层暴露于被配置为蚀刻所述介电材料层的第二蚀刻剂。
示例30：根据示例29所述的方法，还包括：将所述衬底的表面暴露于被配置为蚀刻所述衬底的材料的第三蚀刻剂。
示例31：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述在所述可图案化层上形成图案包括在所述可图案化层中压印图案。
示例32：根据示例31所述的方法，其中，在所述可图案化层上压印图案包括使所述可图案化层与图案化模板接触。
示例33：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述在所述可图案化层上形成图案包括使用光刻进行图案化。
示例34：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述衬底包括电介质。
示例35：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述可图案化层包括聚合物。
示例36：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述可图案化层包括抗蚀剂。
示例37：根据示例36所述的方法，其中，所述可图案化层包括光致抗蚀剂。
示例38：根据上述示例中的任一项所述的方法，还包括：将衍射光学元件集成在头戴式显示器中。
示例39：一种制造衍射光学元件的方法，所述方法包括：
提供包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料的衬底；
在所述衬底的表面的不同区域上方设置不同量的可图案化材料；以及
通过所述可图案化材料蚀刻所述衬底的表面以在所述衬底的表面上制造具有不同高度的结构。
示例40：根据示例39所述的方法，其中，与具有较少可图案化材料的表面区域相比，表面区域产生更高的表面起伏特征。
示例41：一种制造衍射光学元件的方法，所述方法包括：
提供包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料的衬底；
在所述衬底的表面上的不同横向间隔区域上方设置不同组合物的可图案化材料，所述不同组合物的可图案化材料具有对蚀刻剂的不同蚀刻速率；以及
利用所述蚀刻剂通过所述可图案化材料蚀刻所述衬底的表面以在所述衬底的表面上制造具有不同高度的结构。
示例42：一种显示设备，包括：
波导堆叠，其包括多个波导，所述多个波导中的至少一者包括具有对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料，
其中，所述多个波导中的所述至少一者包括第一主表面、第二主表面、和多个较薄边缘，其中，所述第一主表面包括具有不同高度的多个衍射特征。
示例43：根据示例42所述的显示设备，其中，所述第二主表面包括与所述第一主表面的多个衍射特征偏移的多个衍射特征。
示例44：根据示例42或43中任一项所述的显示设备，其中，所述透明材料包括以下各项中的一项或多项：LiNbO3、LiTaO3、SiC、或TiO2。
示例45：根据示例42到44中的任一项所述的显示设备，还包括：
框架，其被配置为支撑在所述用户的头部；以及
目镜，其包括设置在所述框架上的波导堆叠。
示例46：根据示例45所述的显示设备，包括头戴式显示器。
示例47：一种制造衍射光学元件的方法，所述方法包括：
提供包括对可见光透明的具有大于1.79的折射率的材料的衬底；
在所述衬底的表面上方设置可图案化层；
对所述可图案化层进行图案化，所述图案包括多个特征；以及
通过所述可图案化层蚀刻所述衬底的表面以在所述衬底的表面上制造结构，其中，所述结构包括被配置为衍射可见光的衍射特征。
示例48：根据示例47所述的方法，其中，所述透明材料包括LiNbO3或碳化硅。
示例49：根据示例47或48中任一项所述的方法，其中，对所述可图案化层进行图案化包括利用包括多个特征的压印模板来压印所述可图案化层。
示例50：根据示例47至49中的任一项所述的方法，还包括：固化所图案化的可图案化层。
示例51：根据示例47至50中的任一项所述的方法，其中，在所述衬底的表面上方设置所述可图案化层包括在所述衬底的表面上喷射沉积所述可图案化层。
示例52：根据示例47至51中的任一项所述的方法，其中，在设置所述可图案化层之前，所述衬底的表面通过以下各项中的至少一项来放电：(i)将所述表面暴露于等离子体(plasma)；(ii)使用电离器；(iii)使二次带电表面或接地表面靠近所述表面；或(iv)提供透明金属或其他导电涂层。
示例53：根据示例47至52中的任一项所述的方法，其中，所述可图案化层包括抗蚀剂或聚合物。
示例54：根据示例47至53中的任一项所述的方法，还包括：在设置所述可图案化层之前，在所述衬底的表面上方设置粘合促进剂层。
示例55：根据示例47至54中的任一项所述的方法，还包括：在设置所述可图案化层之前，在所述波导的表面上方设置具有大于1.79的折射率的高折射率材料层，所述高折射率材料层包括与所述衬底的材料不同的材料。
示例56：根据示例55所述的方法，其中，所述高折射率材料层包括以下各项中的至少一项：二氧化钛、二氧化锆、氮化硅或碳化硅。
示例57：根据示例47至56中的任一项所述的方法，其中，蚀刻所述衬底的表面包括：
使用第一蚀刻过程来蚀刻所图案化的可图案化层以暴露所述可图案化层的多个特征之间的衬底的表面；以及
使用第二蚀刻过程来蚀刻所述多个特征和所述衬底的暴露表面以在所述衬底的表面上制造多个特征。
示例58：根据示例57所述的方法，其中，所述第一蚀刻过程包括在氩、氧和氦中的至少一种的存在下进行蚀刻，以及其中，所述第二蚀刻过程包括在氟、溴、氩或甲烷中的至少一种的存在下进行蚀刻。
示例59：根据示例47至58中的任一项所述的方法，其中，将所述可图案化层设置在所述衬底的表面上方包括将可图案化材料的多个液滴设置在所述衬底的表面上方。
示例60：根据示例59所述的方法，其中，所述可图案化材料的多个液滴的体积跨所述衬底的表面变化。
示例61：根据示例60所述的方法，其中，所图案化的可图案化层的多个特征具有不同高度。
示例62：根据示例60所述的方法，其中，所固化的可图案化层的基底是倾斜的。
示例63：根据示例60所述的方法，其中，所图案化的可图案化层的多个特征之间的间隔跨所述衬底的表面变化。
示例64：根据示例59至63中的任一项所述的方法，其中，形成在所述波导的表面上的多个特征具有不同的高度。
示例65：根据示例59所述的方法，其中，所述可图案化材料的多个液滴的体积是恒定的。
示例66：根据示例65所述的方法，其中，所固化的可图案化层的多个特征具有接近相同的高度。
示例67：根据示例65至66中的任一项所述的方法，其中，形成在所述衬底的表面上的多个特征具有接近恒定的高度。
示例68：一种制造衍射光学元件的方法，所述方法包括：
提供包括对可见光透明的具有大于1.79的折射率的材料的衬底；
在所述衬底的表面上方设置可图案化层；以及
对所述可图案化层进行图案化，图案包括多个特征，
其中，所图案化的可图案化层被配置为将可见光衍射到所述衬底中以在其中被引导或将在所述衬底内被引导的可见光衍射出所述衬底。
示例69：根据示例68所述的方法，其中，所述透明材料包括LiNbO3或碳化硅。
示例70：根据示例68或69中任一项所述的方法，其中，对所述可图案化层进行图案化包括使用利用包括多个特征的压印模板压印所述可图案化层。
示例71：根据示例68至71中的任一项所述的方法，还包括：固化所图案化的可图案化层。
示例72：根据示例68至71中的任一项所述的方法，其中，在所述衬底的表面上方设置所述可图案化层包括在所述衬底的表面上方喷射沉积所述可图案化层。
示例73：根据示例68至72中的任一项所述的方法，其中，在设置所述可图案化层之前，使用以下各项中的至少一项来对所述衬底的表面进行放电：(i)将所述表面暴露于等离子体；(ii)电离器；(iii)使二次带电表面或接地表面靠近所述表面；或(iv)提供透明金属或其他导电涂层。
示例74：根据示例68至73中的任一项所述的方法，其中，所述可图案化层包括抗蚀剂或聚合物。
示例75：根据示例68至74中的任一项所述的方法，还包括：在设置所述可图案化层之前，在所述衬底的表面上方设置粘合促进剂层。
示例76：根据示例68至75中的任一项所述的方法，还包括：在设置所述可图案化层之前，在所述波导的表面上方设置具有大于1.79的折射率的高折射率材料层，所述高折射率材料层包括与所述衬底的材料不同的材料。
示例77：根据示例76所述的方法，其中，所述高折射率材料层包括以下各项中的至少一项：二氧化钛、二氧化锆、氮化硅或碳化硅。
示例78：根据示例68至75中的任一项所述的方法，其中，在所述衬底的表面上方设置所述可图案化层包括将可图案化材料的多个液滴设置在所述衬底的表面的上方。
示例79：根据示例78所述的方法，其中，所述可图案化材料的多个液滴的体积跨所述衬底的表面变化。
示例80：根据示例79所述的方法，其中，所图案化的可图案化层的多个特征具有不同高度。
示例81：根据示例80所述的方法，其中，所图案化的可图案化层的基底是倾斜的。
示例82：根据示例80所述的方法，其中，所图案化的可图案化层的多个特征之间的间隔跨所述衬底的表面变化。
示例83：根据示例78所述的方法，其中，所述可图案化材料的多个液滴的体积是恒定的。
示例84：根据示例83所述的方法，其中，所图案化的可图案化层的多个特征具有接近相同的高度。
示例85：一种制造衍射光学元件的方法，所述方法包括：
提供包括对可见光透明的具有大于1.79的折射率的材料的衬底；
在所述衬底的表面上方喷射沉积可图案化层；以及
对所述可图案化层进行图案化，图案包括多个特征。
示例86：根据示例85所述的方法，其中，所述透明材料包括LiNbO3或碳化硅。
示例87：根据示例85或86中任一项所述的方法，其中，对所述可图案化层进行图案化包括使用利用包括多个特征的压印模板压印所述可图案化层。
示例88：根据示例85至87中的任一项所述的方法，还包括：固化所图案化的可图案化层。
示例89：根据示例85或88中任一项所述的方法，其中，在设置所述可图案化层之前，使用以下各项中的至少一项来对所述衬底的表面进行放电：(i)将所述表面暴露于等离子体；(ii)电离器；(iii)使二次带电表面或接地表面靠近所述表面；或(iv)提供透明金属或其他导电涂层。
示例90：根据示例85至89中的任一项所述的方法，其中，所述可图案化层包括抗蚀剂或聚合物。
示例91：根据示例85至90中的任一项所述的方法，还包括：在设置所述可图案化层之前，在所述衬底的表面上方设置粘合促进剂层。
示例92：根据示例85至91中的任一项所述的方法，还包括：在设置所述可图案化层之前，在所述波导的表面上方设置具有大于1.79的折射率的高折射率材料层，所述高折射率材料层包括与所述衬底的材料不同的材料。
示例93：根据示例92所述的方法，其中，所述高折射率材料层包括以下各项中的至少一项：二氧化钛、二氧化锆、氮化硅或碳化硅。
示例94：根据示例85至93中的任一项所述的方法，其中，在所述衬底的表面上方喷射沉积所述可图案化层包括将可图案化材料的多个液滴喷射沉积在所述衬底的表面上方。
示例95：根据示例94所述的方法，其中，所述可图案化材料的多个液滴的体积跨所述衬底的表面变化。
示例96：根据示例95所述的方法，其中，所述图案化的可图案化层的多个特征具有不同高度。
示例97：根据示例95所述的方法，其中，所图案化的可图案化层的基底是倾斜的。
示例98：根据示例97所述的方法，其中，所图案化的可图案化层的多个特征之间的间隔跨所述衬底的表面变化。
示例99：根据示例94所述的方法，其中，所述可图案化材料的多个液滴的体积是恒定的。
示例100：根据示例99所述的方法，其中，所述固化的可图案化层的多个特征具有接近相同的高度。
示例101：根据示例48所述的方法，其中，所述透明材料包括LiNbO3。
示例102：根据示例48所述的方法，其中，所述透明材料包括碳化硅。
示例103：根据示例52所述的方法，其中，在设置所述可图案化层之前，所述衬底的表面通过将所述表面暴露于等离子体来放电。
示例104：根据示例52所述的方法，其中，在设置所述可图案化层之前，使用电离器来对所述衬底的表面进行放电。
示例105：根据示例52所述的方法，其中，在设置所述可图案化层之前，通过使二次带电表面或接地表面靠近所述表面来对所述衬底的表面进行放电。
示例106：根据示例52所述的方法，其中，在设置所述可图案化层之前，通过提供透明金属或其他导电涂层来对所述衬底的表面进行放电。
示例107：根据示例57所述的方法，其中，所述第一蚀刻过程不蚀刻所述衬底。
示例108：根据示例57所述的方法，其中，所述第一蚀刻过程以比所述第二蚀刻过程更低的蚀刻速率来蚀刻所述衬底。
部分II
示例1：一种光学设备，包括：
衬底，其包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料，所述衬底包括波导；
多个衍射特征，其被形成在所述衬底中；以及
材料层，其被设置在所述衍射特征上方。
示例2：根据示例1所述的光学设备，其中，所述衬底材料包括铌酸锂或碳化硅。
示例3：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底材料具有至少2.1的折射率。
示例4：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底材料具有至少2.2的折射率。
示例5：根据上述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底材料具有至少2.3的折射率。
示例6：根据上述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层具有小于1.8的折射率。
示例7：根据上述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层包括光致抗蚀剂。
示例8：根据上述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征是由间隔分隔的并且所述间隔包括所述衬底材料的暴露区域。
示例9：根据上述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征是由间隔分隔的并且所述衍射特征之间的所述间隔不被所述材料层覆盖。
示例10：根据上述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征是由间隔分隔的并且所述衍射特征之间的所述间隔包括所述衬底材料的暴露区域。
示例11：根据上述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征包括相对于彼此横向位移的第一衍射特征、第二衍射特征、和第三衍射特征，所述第二衍射特征被设置在所述第一衍射特征与所述第三衍射特征之间。
示例12：根据示例11所述的光学设备，其中，所述材料层在所述第一衍射特征、所述第二衍射特征、和所述第三衍射特征中的每一者上方具有不同厚度。
示例13：根据示例11或12所述的光学设备，其中，所述材料层的在所述第三衍射特征上方的厚度高于所述材料层的在所述第二衍射特征上方的厚度，以及所述材料层的在所述第二衍射特征上方的厚度高于所述材料层的在所述第一衍射特征上方的厚度。
示例14：根据示例11所述的光学设备，其中，所述材料层在所述衍射特征、所述第二衍射特征、和所述第三衍射特征上方具有相同厚度。
示例15：根据11至14示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述第三衍射特征的高度高于所述第二衍射特征的高度，以及所述第二衍射特征的高度高于所述第一衍射特征的高度。
示例16：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征的高度随着横向位置而逐渐增加。
示例17：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层具有随着横向位置而逐渐增加的厚度。
示例18：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底的厚度是分级的。
示例19：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层的厚度是分级的。
示例20：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底的厚度随着横向位置而逐渐增加。
示例21：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，衍射特征的高度随着横向位置基本上恒定。
示例22：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述第一衍射特征、所述第二衍射特征、和所述第三衍射特征的高度是相同的。
示例23：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层具有随着横向位置基本上恒定的厚度。
示例24：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层在所述第一衍射特征、所述第二衍射特征、和所述第三衍射特征上方具有相同厚度。
示例25：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征中的至少一些具有倾斜侧壁。
示例26：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征中的至少一些具有梯形剖面。
示例27：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述波导被包括在用于头戴式显示器的目镜中。
示例28：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述波导被包括在用于头戴式显示器的目镜中的波导的堆叠中。
示例29：根据示例27或28所述的光学设备，其中，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图。
示例30：根据27至29示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛。
示例31：根据27至30示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述目镜被安装在被配置为穿戴在用户的头部的框架上。
示例32：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦入光学元件中，所述耦入光学元件被设置为接收来自图像源的光并且将所述光耦合到所述衬底中以在其中被引导。
示例33：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦出光学元件中，所述耦出光学元件被设置为接收来自图像源的在所述衬底中被引导到所述衬底之外到穿戴所述头戴式显示器的用户的眼睛。
示例34：根据27至33示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征包括第一衍射特征、第二衍射特征、和第三衍射特征，所述第二衍射特征被设置在所述第一衍射特征与所述第三衍射特征之间。
示例35：根据示例35所述的光学设备，其中，所述第三衍射特征的高度比所述第二衍射特征的高度更高，以及所述第二衍射特征的高度比所述第一衍射特征的高度更高。
示例36：根据示例34或35所述的光学设备，还包括：投影仪，其被相对于所述衬底设置以将光引导到所述衬底中，所述投影仪被比所述第二衍射特征更接近所述第一衍射特征定位。
示例37：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征的高度随着横向位置而逐渐增加。
示例38：根据示例37所述的光学设备，还包括：投影仪，其被相对于所述衬底设置以将光引导到所述衬底中，与具有较高高度的所述衍射特征相比，所述投影仪被更接近具有较低高度的衍射特征定位。
示例39：根据34至38示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述第三衍射特征上方的所述材料层的厚度比所述第二衍射特征上方的所述材料层的厚度更高，以及所述第二衍射特征上方的所述材料层的厚度比所述第一衍射特征上方的所述材料层的厚度更高。
示例40：根据示例39所述的光学设备，还包括：投影仪，其被相对于所述衬底设置以将光引导到所述衬底中，所述投影仪被比所述第二衍射特征更接近所述第一衍射特征定位。
示例41：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层具有随着横向位置而逐渐增加的厚度。
示例42：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，还包括：投影仪，其被相对于所述衬底设置以将光引导到所述衬底中，所述投影仪被比所述材料层更厚的所述衍射特征更接近所述材料层更薄的所述衍射特征定位。
示例43：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底包括相对的第一侧面和第二侧面。
示例44：根据示例43所述的光学设备，其中，所述光学设备被集成在头戴式显示器中，以及在所述头戴式显示器被穿戴时，所述第二侧面被比所述第一侧面更接近穿戴者的眼睛设置。
示例45：根据示例43或44所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被设置在所述衬底的所述第一侧面上。
示例46：根据示例43至45中的任一项所述的光学设备，还包括：附加的多个衍射特征，其被形成在所述衬底中所述衬底的第二相对侧面上。
示例47：根据示例46所述的光学设备，其中，所述附加的多个衍射特征是由间隔分隔的，所述光学设备还包括设置在所述多个附加衍射特征上方的附加材料层。
示例48：一种光学设备，包括：
衬底，其包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料，所述衬底包括波导；
多个衍射特征，其被形成所述衬底上，所述衍射特征由具有比所述衬底的材料的折射率更小的不同材料形成；以及
较高折射率材料，其被设置在所述衍射特征上方，所述较高折射率材料具有比形成所述衍射特征的所述材料更高的折射率。
示例49：根据示例48所述的光学设备，其中，所述衬底材料包括铌酸锂或碳化硅。
示例50：根据示例48或49所述的光学设备，其中，包括所述衬底的所述材料具有至少2.1的折射率。
示例51：根据示例48至50中的任一项所述的光学设备，其中，包括所述衬底的所述材料具有至少2.2的折射率。
示例52：根据示例48至50中的任一项所述的光学设备，其中，包括所述衬底的所述材料具有至少2.3的折射率。
示例53：根据示例48至52中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征包括光致抗蚀剂。
示例54：根据示例48至53中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征具有小于1.8的折射率。
示例55：根据示例48至54中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征具有约1.5的折射率。
示例56：根据示例48至55中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征具有1.7与1.8之间的折射率。
示例57：根据示例48至56中的任一项所述的光学设备，其中，设置在所述衍射特征上方的所述较高折射率材料具有至少2.1的折射率。
示例58：根据示例48至57中的任一项所述的光学设备，其中，设置在所述衍射特征上的所述较高折射率材料具有至少2.2的折射率。
示例59：根据示例48至58中的任一项所述的光学设备，其中，设置在所述衍射特征上方的所述较高折射率材料具有至少2.3的折射率。
示例60：根据示例48至59中的任一项所述的光学设备，其中，设置在所述衍射特征上方的所述较高折射率材料包括铌酸锂。
示例61：根据示例48至59中的任一项所述的光学设备，其中，设置在所述衍射特征上方的所述较高折射率材料包括碳化硅。
示例62：根据示例48至61中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征包括闪耀衍射光栅。
示例63：根据示例48至62中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被非对称塑形。
示例64：根据示例48至63中的任一项所述的光学设备，其中，所述高折射率材料在衍射特征的第一侧壁上的比所述衍射特征的第二侧壁上的更多。
示例65：根据示例48至64中的任一项所述的光学设备，其中，所述高折射率材料在衍射特征的第一侧面上的比所述衍射特征的第二侧面上更多。
示例66：根据示例48至64中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征中的至少一者在衍射特征的第一侧面具有所述高折射率材料，而所述衍射特征的所述第二侧面被暴露。
示例67：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征被以1D阵列布置。
示例68：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征被以2D阵列布置。
示例69：根据示例1至47中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征具有顶表面和绕所述顶表面设置的侧壁，以及其中，所述材料层在所述衍射特征的所述顶表面上。
示例70：根据示例47所述的光学设备，其中，所述附加的多个衍射特征具有顶表面和绕所述顶表面设置的侧壁，以及其中，所述附加材料层在所述多个附加衍射特征的所述顶表面上。
示例71：根据示例48至68中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征具有顶表面和绕所述顶表面设置的侧壁，以及其中，所述较高折射率材料在所述衍射特征的所述顶表面上。
示例72：根据示例48至68中的任一项所述的光学设备，其中，所述波导被包括在用于头戴式显示器的目镜中。
示例73：根据示例48至68中的任一项所述的光学设备，其中，所述波导被包括在用于头戴式显示器的目镜中的波导的堆叠中。
示例74：根据示例72或73所述的光学设备，其中，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图。
示例75：根据示例72至74中的任一项所述的光学设备，其中，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛。
示例76：根据示例72至75中的任一项所述的光学设备，其中，所述目镜被安装在被配置为被穿戴在用户的头部的框架上。
示例77：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦入光学元件中，所述耦入光学元件被设置为接收来自图像源的光并且将所述光耦合到所述衬底中以在其中被引导。
示例78：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦出光学元件中，所述耦出光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且将所述光耦出所述衬底到穿戴所述头戴式显示器的用户的眼睛。
示例79：根据示例1至47中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层包括聚合物。
示例80：根据示例1至47中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层包括抗蚀剂。
示例81：根据示例1至47中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层包括蚀刻掩模的至少一部分。
示例82：根据示例1至47中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层减少反射。
示例83：根据示例1至82中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征形成衍射光栅，并且所述衍射光栅是闪耀光栅。
示例84：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征是非对称的，以便提供闪耀光栅。
示例85：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征具有非对称地沉积在其上的材料以便提供闪耀光栅。
示例86：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底包括第一侧面和第二侧面，并且仅所述衬底的所述第一侧面包括衍射光栅。
示例87：根据示例1至86中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征被以1D阵列布置。
示例88：根据示例1至86中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征被以2D阵列布置。
示例89：根据示例88所述的光学设备，其中，所述2D阵列包括方形阵列。
示例90：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被被包括在耦入光学元件中，所述耦入光学元件被设置以接收来自图像源的光并且将所述光耦合到所述衬底中以在其中被引导。
示例91：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在光分布光学元件中，所述光分布光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且将所述光引导到耦出光学元件以耦出所述衬底。
示例92：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在光分布光学元件中，所述光分布光学元件被设置以接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且在所述波导内将所述光扩散出去以增加光束尺寸或眼动范围。
示例93：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦出光学元件中，所述耦出光学元件被设置为接收来所述衬底中被引导的自在图像源的光并且将所述光耦出所述衬底。
示例94：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在组合光分布/耦出光学元件中，所述组合光分布/耦出光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光，在至少两个方向上将所述光扩散出去并且将所述光耦出所述衬底。
示例95：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在组合光瞳扩展器-提取器中，所述组合光瞳扩展器-提取器被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光，将所述光扩散出去并且将所述光耦出所述衬底到穿戴所述头戴式显示器的用户的眼睛。
示例96：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征包括闪耀衍射光栅，所述闪耀衍射光栅被配置为优选在至少两个方向上引导光。
示例97：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述多个衍射特征包括在两个方向上闪耀的闪耀衍射光栅。
部分II
示例1：一种光学设备，包括：
衬底，其包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料，所述衬底包括波导；
多个衍射特征，其被形成在所述衬底中或所述衬底上，
其中，所述衍射特征被以二维(2D)阵列布置以形成2D衍射光栅。
示例2：根据示例1所述的光学设备，其中，所述衬底材料包括铌酸锂或碳化硅。
示例3：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底材料具有至少2.1的折射率。
示例4：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底材料具有至少2.2的折射率。
示例5：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底材料具有至少2.3的折射率。
示例6：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层具有小于1.8的折射率。
示例7：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征包括与所述衬底不同的材料。
示例8：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征是由间隔分隔开的并且所述间隔包括所述衬底材料的暴露区域。
示例9：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征是由间隔分隔开的并且所述衍射特征之间的所述间隔不被所述材料层覆盖。
示例10：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征是由间隔分隔开的并且所述衍射特征之间的所述间隔包括所述衬底材料的暴露区域。
示例11：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征包括相对于彼此横向位移的第一衍射特征、第二衍射特征、和第三衍射特征，所述第二衍射特征被设置在所述第一衍射特征与所述第三衍射特征之间。
示例12：根据示例11所述的光学设备，其中，所述材料层在所述第一衍射特征、所述第二衍射特征、和所述第三衍射特征中的每一者上方具有不同厚度。
示例13：根据示例11或12所述的光学设备，其中，所述材料层的在所述第三衍射特征上方的厚度高于所述材料层的在所述第二衍射特征上方的厚度，以及所述材料层的在所述第二衍射特征上方的厚度高于所述材料层的在所述第一衍射特征上方的厚度。
示例14：根据示例11所述的光学设备，其中，所述材料层在所述第一衍射特征、所述第二衍射特征、和所述第三衍射特征上方具有相同厚度。
示例15：根据11至14示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述第三衍射特征的高度高于所述第二衍射特征的高度，以及所述第二衍射特征的高度高于所述第一衍射特征的高度。
示例16：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征的高度随着横向位置而逐渐增加。
示例17：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层具有随着横向位置而逐渐增加的厚度。
示例18：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底的厚度是分级的。
示例19：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层的厚度是分级的。
示例20：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底的厚度随着横向位置而逐渐增加。
示例21：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征的高度随着横向位置基本上恒定。
示例22：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述第一衍射特征、所述第二衍射特征、和所述第三衍射特征的高度是相同的。
示例23：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层具有随着横向位置基本上恒定的厚度。
示例24：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层在所述第一衍射特征、所述第二衍射特征、和所述第三衍射特征上方具有相同厚度。
示例25：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征中的至少一些具有倾斜侧壁。
示例26：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征中的至少一些具有梯形剖面。
示例27：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述波导被包括在用于头戴式显示器的目镜中。
示例28：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述波导被包括在用于头戴式显示器的目镜中的波导的堆叠中。
示例29：根据示例27或28所述的光学设备，其中，所述目镜是透明的以向所述用户提供所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的视图。
示例30：根据27至29示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述目镜被配置为接收来自图像投影仪的光并将所述光的至少一部分引导到所述用户的眼睛以将图像内容引导到所述用户的所述眼睛。
示例31：根据27至30示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述目镜被安装在被配置为穿戴在用户的头部的框架上。
示例32：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦入光学元件中，所述耦入光学元件被设置为接收来自图像源的光并且将所述光耦合到所述衬底中以在其中被引导。
示例33：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦出光学元件中，所述耦出光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且将所述光耦出所述衬底到穿戴所述头戴式显示器的用户的眼睛。
示例34：根据27至33示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征包括第一衍射特征、第二衍射特征、和第三衍射特征，所述第二衍射特征被设置在所述第一衍射特征与所述第三衍射特征之间。
示例35：根据示例35所述的光学设备，其中，所述第三衍射特征的高度高于所述第二衍射特征的高度，以及所述第二衍射特征的高度高于所述第一衍射特征的高度。
示例36：根据示例34或35所述的光学设备，还包括：投影仪，其被相对于所述衬底设置以将光引导到所述衬底中，所述投影仪被比所述第二衍射特征更接近所述第一衍射特征定位。
示例37：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征的高度随着横向位置而逐渐增加。
示例38：根据示例37所述的光学设备，还包括：投影仪，其被相对于所述衬底设置以将光引导到所述衬底中，与具有较高高度的所述衍射特征相比，所述投影仪更接近具有较低高度的衍射特征定位。
示例39：根据34至38示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层的在所述第三衍射特征上方的厚度高于所述材料层的在所述第二衍射特征上方的厚度，以及所述材料层的在所述第二衍射特征上方的厚度高于所述材料层的在所述第一衍射特征上方的厚度
示例40：根据示例39所述的光学设备，还包括：投影仪，其被相对于所述衬底设置以将光引导到所述衬底中，所述投影仪被比所述第二衍射特征更接近所述第一衍射特征定位。
示例41：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层具有随着横向位置而逐渐增加的厚度。
示例42：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，还包括：投影仪，其被相对于所述衬底设置以将光引导到所述衬底中，所述投影仪比所述材料层更厚的所述衍射特征更接近所述材料层更薄的所述衍射特征定位。
示例43：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底包括相对的第一侧面和第二侧面。
示例44：根据示例43所述的光学设备，其中，所述光学设备被集成在头戴式显示器中，以及在所述头戴式显示器被穿戴时，所述第二侧面被比所述第一侧面更接近穿戴者的眼睛设置。
示例45：根据示例43或44所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被设置在所述衬底的所述第一侧面上。
示例46：根据示例43至45中的任一项所述的光学设备，还包括：附加的多个衍射特征，其被形成在所述衬底的第二相反侧面上在所述衬底中或所述衬底上。
示例47：根据示例46所述的光学设备，其中，所述附加的多个衍射特征是由间隔分隔开的，所述光学设备还包括在所述多个附加衍射特征上方的附加材料层。
示例48：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述2D衍射光栅包括闪耀光栅。
示例49：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征是非对称的，以便提供闪耀光栅。
示例50：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征具有非对称地沉积在其上的材料以便提供闪耀光栅。
示例51：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底包括第一侧面和第二侧面，并且仅所述衬底的所述第一侧面包括衍射光栅。
示例52：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述2D阵列包括方形阵列。
示例53：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征被形成在所述衬底中。
示例54：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征被形成在所述衬底上。
示例55：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征包括与所述衬底不同的材料。
示例56：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征包括抗蚀剂。
示例57：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征包括光致抗蚀剂。
示例58：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征包括具有比所述衬底的折射率更小的折射率的材料。
示例59：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述蚀刻掩模的至少一部分保持在所述衍射特征上。
示例60：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦入光学元件中，所述耦入光学元件被设置为接收来自图像源的光并且将所述光耦合到所述衬底中以在其中被引导。
示例61：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在光分布光学元件中，所述光分布光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且将所述光引导到耦出光学元件以耦出所述衬底。
示例62：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在光分布光学元件中，所述光分布光学元件被设置以接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且在所述波导内将所述光扩散出去以增加光束尺寸或眼动范围。
示例63：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦出光学元件中，所述耦出光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且将所述光耦出所述衬底。
示例64：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在组合光分布/耦出光学元件中，所述组合光分布/耦出光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光，在至少两个方向上将所述光扩散出去并且将所述光耦出所述衬底。
示例65：根据上述示例中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在组合光瞳扩展器-提取器中，所述组合光瞳扩展器-提取器被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光，将所述光扩散出去并且将所述光耦出所述衬底。
示例66：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述2D衍射光栅包括闪耀衍射光栅，所述闪耀衍射光栅被配置为优选在至少两个方向上引导光。
示例67：根据上述示例中的任一项所述的方法，其中，所述2D衍射光栅包括在两个方向上闪耀的闪耀衍射光栅。
在前述说明书中，本发明已经参考其特定实施例进行了描述。然而，将明显的是，在不脱离本发明的较宽精神和范围的情况下，可以对其做出各种修改和改变。因此，说明书和附图将被认为以说明性意义而非限制性意义。
实际上，将理解，本公开的系统和方法各自具有数个创新方面，其中没有单独一个仅负责或者要求本文所公开的期望的属性。上述的各种特征和过程可以彼此独立地或者可以以各种方式组合地使用。所有可能的组合和子组合旨在落入本公开的范围内。
在分离的实施例的上下文中在该说明书中所描述的某些特征还可以在单个实施例中组合实现。相反地，在单个实施例中的上下文中所描述的各种特征也可以单独地或者以任何适合的子组合在多个实施例中被实现。而且，尽管在上文特征可以被描述为以某些组合起作用并且甚至如此初始地示例，但是在一些情况下，可以从组合除去示例组合的一个或多个特征，并且示例的组合可以涉及子组合或子组合的变型。对于每个实施例，没有单个特征或一组特征是必要的或必不可少的。
将理解，除非另外特别说明，否则本文所使用或者如使用的上下文内以其他方式理解的条件语言，诸如尤其“可(can)”、“可以(could)”、“可以(might)”、“可以(may)”、“例如(e.g.)”等，通常旨在表达某些实施例包括而其他实施例不包括某些特征、元件和/或步骤。因此，这样的条件语言通常不旨在暗示特征、元素和/或步骤以任何方式对于一个或多个实施例是必需的，或者一个或多个实施例必然包括用于在有或没有作者输入或提示的情况下决定这些特征、元素和/或步骤是否在任何特定实施例中被包括或将被执行的逻辑。术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义词，以开放式方式包含地使用，并且不排除附加元素、特征、动作、操作等。而且，术语“或”以其包含的含义使用(而不是以其排他的含义使用)，因此例如在用于连接元素列表时，术语“或”表示列表中的一个、一些或全部元素。另外，除非另外指出，否则如使用在本申请中和随附的示例中的冠词“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”将被理解为意味着“一个或多个”或者“至少一个”。类似地，虽然操作可以以特定次序在附图中描绘，但是将认识到，这样的操作不需要以所示的特定次序或者以顺序次序执行，或者执行全部所图示的操作，以实现期望的结果。此外，附图可以以流程图的形式示意性地描绘一个或多个示例过程。然而，未描绘的其他操作可以包含在示意性地图示的示例方法和过程中。例如，一个或多个附加操作可以在任何所示出的操作之前、之后、同时或者之间执行。此外，在其他实施例中，操作可以重新布置或者重新排列。在某些情况下，多任务和并行处理可以是有利的。而且，上文所描述的实施例中的各种系统部件的分离不应该被理解为在所有实施例中需要这样的分离，并且应该理解的是，所描述的程序部件和系统通常可被一起集成在单个软件产品中或者封装到多个软件产品中。此外，其他实施例在以下示例的范围内。在一些情况下，示例中所记载的动作可以以不同的次序执行并且仍然实现期望的结果。
因此，本公开不旨在限于本文中所示的实施例，而是符合与本文所公开的本公开、原理和新颖特征一致的最宽范围。
Claims (23)
1.一种光学设备，包括：
衬底，其包括对可见光透明的具有大于2.0的折射率的材料，所述衬底包括波导；
多个衍射特征，其被形成在所述衬底中；以及
材料层，其被设置在所述衍射特征上方。
2.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述衬底材料包括铌酸锂或碳化硅。
3.根据权利要求1或2所述的光学设备，其中，所述衬底材料具有至少2.1的折射率。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层具有小于1.8的折射率。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层包括光致抗蚀剂。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征是由间隔分隔的并且所述间隔包括所述衬底材料的暴露区域。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征是由间隔分隔的并且所述衍射特征之间的所述间隔不被所述材料层覆盖。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征包括相对于彼此横向位移的第一衍射特征、第二衍射特征、和第三衍射特征，所述第二衍射特征被设置在所述第一衍射特征与所述第三衍射特征之间。
9.根据权利要求8所述的光学设备，其中，所述材料层在所述第一衍射特征、所述第二衍射特征、和所述第三衍射特征中的每一者上方具有不同厚度。
10.根据权利要求8或9所述的光学设备，其中，所述材料层的在所述第三衍射特征上方的厚度高于所述材料层的在所述第二衍射特征上方的厚度，以及所述材料层的在所述第二衍射特征上方的厚度高于所述材料层的在所述第一衍射特征上方的厚度。
11.根据权利要求8所述的光学设备，其中，所述材料层在所述第一衍射特征、所述第二衍射特征、和所述第三衍射特征上方具有相同厚度。
12.根据权利要求8至11中的任一项所述的光学设备，其中，所述第三衍射特征的高度高于所述第二衍射特征的高度，以及所述第二衍射特征的高度高于所述第一衍射特征的高度。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述衬底的厚度是分级的。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述材料层的厚度是分级的。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述波导被包括在用于头戴式显示器的目镜中。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述波导被包括在用于头戴式显示器的目镜中的波导的堆叠中。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征被以1D阵列布置。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述衍射特征被以2D阵列布置。
19.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征是非对称的，以便提供闪耀光栅。
20.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征具有非对称地沉积在其上的材料，以便提供闪耀光栅。
21.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦入光学元件中，所述耦入光学元件被设置为接收来自图像源的光并且将所述光耦合到所述衬底中以在其中被引导。
22.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在光分布光学元件中，所述光分布光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且将所述光引导到耦出光学元件以被耦出所述衬底。
23.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备，其中，所述多个衍射特征被包括在耦出光学元件中，所述耦出光学元件被设置为接收在所述衬底中被引导的来自图像源的光并且将所述光耦出所述衬底。
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